Le microbiome abrite environ 100 billions de bactéries vivant dans une colonie dense de nombreuses souches et espèces différentes. Comme tous les organismes, les bactéries sont en compétition constante pour l’espace et les ressources. Ils mènent cette « guerre » en libérant des toxines qu’ils utilisent pour tuer leurs concurrents.
Staphylococcus aureus est une bactérie à Gram positif de forme arrondie qui est le plus souvent isolée de toutes les formes d’ostéomyélite. Crédit image : ScientificAnimations.com via WikimédiaCC-BY-SA-4.0
L’une des nombreuses armes bactériennes dans cette bataille inévitable est le système de sécrétion de type VI (T6SS), qui transporte des effecteurs toxiques vers les ennemis. Des groupes dirigés par Stefan Raunser de l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire à Dortmund, en Allemagne, et John Whitney de l’Université McMaster au Canada ont maintenant élucidé conjointement la structure 3D à haute résolution d’un tel effecteur à partir de Protégènes de Pseudomonas par cryo-microscopie électronique.
La protéine effectrice, appelée RhsA, a un composant toxique qui se trouve déverrouillé et prêt à se déclencher dans un cocon moléculaire scellé par une structure semblable à du liège. Leurs nouvelles découvertes aideront non seulement à comprendre le fonctionnement des machines T6SS, mais contribueront également au développement futur de traitements antibactériens et de stratégies de protection des cultures.
Structure 3D de l’effecteur RhsA des protéines de Pseudomonas. RhsA encapsule son domaine effecteur toxique (rouge). Le cocon… Crédit image : MPI of Molecular Physiology
La bactérie bénéfique Protégènes de Pseudomonas protège les plantes des champignons et des bactéries. Cependant, derrière cet acte apparemment désintéressé se cache un système complexe par lequel les bactéries tentent d’occuper une niche biologique en éliminant leurs concurrents. À cette fin, les bactéries ont développé tout un arsenal de poisons et une variété de systèmes d’injection pour les préparer au combat.
L’une des machines d’injection les plus utilisées chez les bactéries Gram-négatives est le système de sécrétion de type VI. Lorsque cette machinerie est activée, un nanotube est assemblé à l’intérieur de la cellule, à travers lequel une fléchette empoisonnée contenant des protéines toxiques mortelles à son extrémité est projetée sur un concurrent. La structure 3D de l’une de ces protéines toxiques, l’effecteur bactérien RhsA, vient d’être résolue par l’équipe de Stefan Raunser avec l’équipe de John Whitney. Les scientifiques ont découvert que l’effecteur RhsA se compose de trois pièces de connexion : l’arme toxique elle-même, un cocon qui l’entoure et un bouchon en forme de liège qui scelle entièrement le cocon encapsulant la toxine.
Déverrouiller une arme bactérienne
Modèle montrant l’armement de l’effecteur (bleu) et de la fléchette empoisonnée (vert). Dans un premier temps, le phoque et la toxine sont clivés… Crédit Imasge : MPI of Molecular Physiology
« Le cocon protège la bactérie de sa toxine auto-produite », explique Stefan Raunser. « Nous avons déjà observé une stratégie très similaire dans les toxines bactériennes Tc. » Les scientifiques ont montré que la protéine effectrice elle-même sépare le phoque et la toxine du reste de la protéine, libérant ainsi l’arme mortelle. Cependant, la libération du composant toxique n’est pas encore possible puisque le sceau maintient le cocon en sécurité.
« Nous soupçonnons que lorsque la fléchette empoisonnée pénètre dans la bactérie ennemie, une force mécanique est générée pour retirer le sceau clivé, comme lorsqu’un bouchon de champagne saute. Cela garantirait que la toxine est libérée au bon endroit au bon moment », explique Stefan Raunser.
Dans une série de projets collaboratifs antérieurs, les scientifiques ont déjà acquis de nombreuses connaissances sur le fonctionnement du système d’injection T6SS. Ils ont pu révéler comment les effecteurs sont transportés à l’intérieur de la cellule, comment ils sont chargés sur la fléchette empoisonnée et comment la fléchette est ensuite délivrée dans la cellule hôte.
« Notre dernier travail collaboratif fournit désormais des informations moléculaires sur le processus d’armement des effecteurs Rhs et son importance pour la libération de toxines. Je suis assez optimiste que notre collaboration continue permettra de découvrir encore plus de détails sur les machines T6SS. Cela pourrait un jour permettre l’ingénierie de bactéries avec des capacités améliorées de suppression des agents pathogènes utiles pour les applications antibactériennes et antifongiques », déclare John Whitney.
Source : MPG
