Batailles bactériennes dans les poumons de la fibrose kystique

Les infections pulmonaires chroniques causées par des germes sont un gros souci pour les patients atteints de maladies pulmonaires, surtout ceux avec la fibrose kystique (FK). La FK est un trouble génétique qui affecte comment le sel et l'eau bougent dans et hors des cellules, menant à un mucus épais et collant dans les poumons. Ce mucus rend difficile pour le corps d'éliminer les germes, permettant à des bactéries nuisibles de se développer et d'aggraver l'état des patients atteints de FK. Parmi les principales bactéries problématiques trouvées chez les patients FK, on a Pseudomonas Aeruginosa (Pa), Staphylococcus aureus, Burkholderia cenocepacia, et des mycobactéries non tuberculeuses (MNT), comme Mycobacterium abscessus (Mab).

Pa est la bactérie la plus courante dans les poumons des patients FK et peut commencer à se développer là très tôt dans la vie. Elle a développé des moyens de vivre et de prospérer dans les poumons en produisant certaines substances qui l’aident à rivaliser avec d'autres bactéries, y compris celles observées dans la FK. Une des manières dont Pa communique avec elle-même pour contrôler son comportement est à travers un système appelé quorum sensing (QS). Bien que le QS permette à Pa de produire des substances nuisibles qui peuvent endommager le tissu pulmonaire, certaines versions de Pa qui ne fonctionnent pas correctement peuvent en fait entraîner une inflammation et une progression de la maladie plus graves.

Mab est une autre bactérie qui représente un risque important pour les patients FK. Elle est connue pour sa résistance à de nombreux médicaments et a tendance à infecter les patients FK lorsque leur état pulmonaire s'aggrave. Mab peut se développer rapidement et peut s'installer dans les poumons, surtout pendant les premières années de l'adolescence. Il existe deux formes principales de Mab qui infectent les patients FK : lisse et rugueuse. Les deux formes peuvent former des biofilms, qui sont des groupes de bactéries collées ensemble et qui peuvent être difficiles à traiter avec des antibiotiques.

#Co-infection et compétition entre bactéries

Pa et Mab se trouvent souvent ensemble dans les poumons des patients FK, partageant les mêmes zones. Des études montrent que quand ces deux bactéries poussent ensemble, elles peuvent influencer la croissance de l'autre et comment elles affectent la santé du patient. La co-infection avec Pa et Mab est liée à des problèmes pulmonaires plus graves et une diminution de la fonction pulmonaire. Cependant, la nature exacte de l'interaction entre ces deux bactéries n'est pas encore complètement comprise.

Certaines recherches indiquent que Mab peut interférer avec les signaux que Pa utilise pour contrôler son comportement, réduisant ainsi la capacité de Pa à être nuisible. D'autres études suggèrent que lorsque les deux bactéries sont présentes, Mab peut être affectée par Pa, mais seulement dans certaines conditions, comme lorsqu'elles poussent sur des surfaces plutôt que de flotter librement dans le liquide.

Pour mieux comprendre comment ces deux bactéries s'affectent mutuellement, des études récentes ont examiné comment elles poussent ensemble et comment elles changent leur comportement à un niveau moléculaire. Ces études ont trouvé que tandis que Mab peut survivre aux côtés de Pa, elle peut devenir moins viable lorsqu'elle est exposée à certaines substances sécrétées par Pa.

#Croissance et survie en co-culture

Des expériences initiales ont comparé comment Pa et Mab grandissent seuls par rapport à lorsqu'ils poussent ensemble. Les deux types de Pa ne semblaient pas être affectés par la présence de Mab, mais lorsque Mab était cultivée seule, son nombre augmentait significativement. Cependant, lorsqu'elle était cultivée avec l'un ou l'autre type de Pa, Mab montrait des signes d'être ralentie. Cela suggère que Pa a un moyen de freiner la croissance de Mab sans avoir besoin de systèmes spécifiques qui lui permettent de communiquer à travers le QS.

Ensuite, l'effet des substances sécrétées par Pa sur Mab a été examiné. Lorsque Mab était exposée au liquide laissé par Pa, elle montrait une chute significative de ses nombres. Cette diminution de viabilité était particulièrement forte avec le Pa de type sauvage, indiquant la présence d'un facteur nuisible produit par Pa. Cependant, lorsque le système QS n'était pas fonctionnel dans la souche de Pa, le liquide n'avait pas le même effet nuisible, suggérant que la substance nuisible dépend du système QS.

D'autres tests ont montré que Mab était capable de tolérer certains facteurs lorsqu'elle poussait aux côtés de Pa, suggérant certaines formes de résistance ou d'adaptation durant la co-culture.

#Caractérisation du facteur nuisible

Pour comprendre le facteur nuisible produit par Pa, les chercheurs ont testé sa stabilité sous différentes conditions. Ils ont constaté que chauffer le supernatant de Pa éliminait sa capacité à nuire à Mab, indiquant que le facteur est sensible à la chaleur. Cependant, lorsqu'il était exposé à des enzymes spécifiques qui dégradent les protéines, l'effet nuisible demeurait, suggérant que ce facteur n'est peut-être pas entièrement basé sur des protéines.

Les chercheurs ont également découvert que le facteur ne passe pas à travers des filtres conçus pour séparer les matériaux plus petits qu'une certaine taille, indiquant qu'il est plus gros que 3 kilodaltons. Cela suggère qu'il est peu probable que ce soit une petite molécule comme certaines toxines connues, et plus de recherches sont nécessaires pour identifier et comprendre complètement ce facteur nuisible.

#Changements moléculaires lors de la co-culture

Pour explorer comment Pa et Mab changent leur comportement à un niveau moléculaire lorsqu'ils sont cultivés ensemble, les scientifiques ont réalisé une analyse de l'expression génique. Ils ont trouvé que les gènes de Mab montraient des changements beaucoup plus importants par rapport à ceux de Pa lorsque les deux bactéries étaient présentes. Une portion significative des gènes de Mab a répondu, indiquant qu'elle ajuste activement son comportement en réponse à Pa.

En revanche, les changements chez Pa lorsqu'il est cultivé avec Mab étaient relativement modestes, suggérant que Pa maintient son comportement de manière plus cohérente que Mab. Cela indique une interaction unilatérale où Mab doit effectuer des ajustements importants pour supporter la présence de Pa.

#Persistance et adaptation de Mab

Lorsque Mab et Pa sont cultivés ensemble, Mab semble adopter un état de croissance plus lent, similaire à ce qui est observé chez des bactéries capables de survivre dans des conditions difficiles. Cette altération est liée à des changements dans l'utilisation de l'énergie et les processus liés à la croissance. La présence de Pa entraîne une régulation à la baisse des gènes impliqués dans la production d'énergie et la division cellulaire, ce qui permet à Mab de conserver des ressources et de survivre.

La croissance plus lente de Mab en co-culture pourrait expliquer pourquoi elle montre parfois un décalage entre son comportement en laboratoire et dans des infections réelles, rendant le traitement plus difficile.

#Compétition pour les ressources

La compétition pour les nutriments est également probablement un facteur dans la relation entre Mab et Pa. Lorsque les deux bactéries poussent, elles se battent pour des ressources limitées comme le fer, qui est essentiel à leur survie. Pour acquérir du fer, les deux bactéries augmentent leurs mécanismes d'absorption du fer tout en réduisant leurs capacités de stockage, ce qui indique une lutte pour ce nutriment crucial.

Pa utilise des méthodes spécifiques pour rassembler le fer, y compris la production de substances appelées sidérophores. Cela lui permet de collecter le fer plus efficacement que Mab, qui a aussi ses propres façons de sécuriser le fer, principalement en produisant du mycobactin. La compétition pour le fer met en évidence la lutte biologique qui se déroule dans les poumons des patients FK.

#Effets sur les facteurs de virulence

L'interaction entre Mab et Pa modifie la manière dont elles expriment divers facteurs de virulence-des substances qui leur permettent de causer des maladies. La plupart des facteurs de virulence de Pa ne montraient pas de changements significatifs durant la co-culture, sauf quelques-uns liés à leur capacité à collecter du fer et d'autres nutriments.

Cependant, la présence de Pa a conduit à une expression accrue de nombreux facteurs de virulence chez Mab, y compris ceux liés à la résistance aux médicaments et la capacité à gérer les substances nuisibles produites par Pa. Cela indique que Mab essaie de s'ajuster et de se défendre contre les défis posés par Pa.

#Conclusion

Cette exploration de la manière dont Pa et Mab interagissent révèle une relation complexe qui impacte significativement la santé des patients FK. Alors que Pa est doué pour dominer l'environnement, Mab montre une adaptabilité remarquable qui lui permet de coexister, bien que dans des conditions difficiles.

Les études soulignent l'importance de mieux comprendre ces interactions, car elles peuvent fournir des aperçus pour développer de nouveaux traitements et stratégies pour gérer les infections chez les patients FK. Les résultats soulignent la nécessité d'une compréhension plus profonde de la manière dont les bactéries communiquent et rivalisent dans le corps humain, ce qui peut mener à des approches plus efficaces pour s'attaquer aux infections chroniques chez les patients vulnérables.

#Directions futures

Alors que la recherche continue, il sera essentiel de se concentrer sur l'isolement des facteurs produits par Pa qui nuisent à Mab. Identifier ces substances pourrait ouvrir la voie à de nouvelles thérapies visant à perturber ces interactions nuisibles. De plus, comprendre comment Mab s'adapte pour survivre en présence de Pa peut informer les stratégies de traitement pour prévenir les infections chroniques et améliorer les résultats pour les patients atteints de FK et d'autres maladies pulmonaires. La dynamique complexe entre ces bactéries souligne l'importance d'examiner de près les communautés microbiennes dans les poumons et leur rôle dans la progression de la maladie, conduisant finalement à de meilleurs soins et gestion des patients.