Nouvelles découvertes sur la résistance antimicrobienne et le T6SS

La résistance antimicrobienne (RAM) est un gros problème de santé dans le monde. En 2019, ça a été lié à presque 5 millions de morts. Si on trouve pas de nouvelles solutions, les prévisions disent que la RAM pourrait causer jusqu'à 10 millions de morts par an d'ici 2050. Pour lutter contre ça, créer de nouveaux types d'antimicrobiens est super important, mais c'est pas facile du tout.

Un des objectifs clés pour ces nouveaux antimicrobiens, c'est la paroi cellulaire bactérienne. Cette paroi est surtout faite d'une substance appelée Peptidoglycane (PG), qui est essentielle pour la survie des bactéries. Trouver de nouvelles petites molécules qui peuvent inhiber le PG devient de plus en plus difficile à cause de la résistance qui augmente et des options qui diminuent. Cependant, il existe des enzymes naturelles créées par les bactéries qui peuvent décomposer le PG, et celles-là ne sont pas pleinement utilisées dans les traitements contre la RAM.

#Le Système de sécrétion de type VI : Une Arme Bactérienne

Chez les bactéries Gram-négatif, y'a un outil appelé le système de sécrétion de type VI (T6SS). Ce système permet aux bactéries d'injecter des enzymes qui cassent le PG et d'autres toxines directement dans des microbes voisins, et même dans des cellules de levure et de mammifères. La structure du T6SS est complexe, avec plusieurs composants. Le système a une structure tubulaire et une plaque de base qui l'aide à fonctionner efficacement.

Quand le T6SS s'active, il peut libérer un tube en forme de lance qui peut pénétrer les cellules des bactéries voisines. Cependant, les dégâts causés par ce système proviennent surtout des enzymes et des toxines qu'il délivre plutôt que de la simple pénétration physique. Plusieurs protéines différentes appelées effecteurs ont été détectées chez les bactéries Gram-négatif, et certaines d'entre elles peuvent endommager la paroi cellulaire, les membranes, et même l'ADN.

#Composants de la Paroi Cellulaire Bactérienne

La structure du PG comprend des unités répétées faites de deux sucres, N-acétylglucosamine (NAG) et acide N-acétylmuramique (NAM). Chaque NAM a un petit peptide accroché. Ces peptides sont interconnectés, créant un réseau qui entoure les cellules bactériennes. Les effecteurs du T6SS qui ciblent le PG peuvent être regroupés en deux types principaux : ceux qui coupent les chaînes de peptides (amidases/endopeptidases) et ceux qui coupent les chaînes de sucres (glycoside hydrolases).

Une enzyme unique, Tse4, trouvée dans Acinetobacter baumannii, peut faire les deux, mais c'est rare de trouver des protéines bifonctionnelles comme ça.

#Aeromonas dhakensis : Une Menace pour la Santé

Un pathogène courant qu'on trouve dans l'eau est Aeromonas dhakensis, qui peut infecter à la fois les poissons et les humains, provoquant de graves problèmes de santé. Une souche particulière de cette bactérie possède un T6SS fonctionnel qui peut libérer trois protéines antimicrobiennes connues. Une de ces protéines, TseP, a montré qu'elle aide le T6SS à mieux fonctionner en restaurant le flux d'autres protéines quand elle est absente. TseP a deux parties : une qui fonctionne comme un lysozyme et une autre partie dont le rôle est encore flou.

Des recherches récentes ont montré que la partie indéfinie de TseP, appelée TsePN, peut couper le lien peptidique qui relie NAM et L-Ala, agissant comme une amidase. Tanto TsePN que la partie ressemblant à un lysozyme peuvent être sécrétées par le T6SS, mais TsePN est cruciale car elle peut compenser les problèmes du T6SS.

#Structure et Fonction de TseP

Les chercheurs ont trouvé que TsePN a un contenu en GC plus élevé comparé à TsePC, et des protéines similaires existent indépendamment dans différentes espèces, ce qui suggère un événement de fusion évolutive. TseP peut aussi être modifié pour détruire des cellules de Bacillus subtilis Gram-positif résistantes, donnant au T6SS la capacité de tuer ces cellules sans besoin de contact direct. Ce travail identifie une nouvelle classe de protéines à double fonction et fournit des aperçus sur comment elles ont évolué au fil du temps.

#Sécrétion Indépendante des Domaines de TseP

Pour comprendre les parties importantes de TseP qui aident à sa sécrétion, les scientifiques ont créé deux versions plus petites de TseP, appelées TsePN et TsePC, et les ont testées dans une souche ne possédant pas d'autres effecteurs. Les résultats montrent que TseP et TsePN pouvaient aider à restaurer la sécrétion d'une protéine appelée Hcp, tandis que TsePC ne pouvait pas. Ça suggère que TsePN joue un rôle structural clé.

#Rôle de TseP dans l'Assemblage du T6SS

Des images en time-lapse ont aussi confirmé que seul TseP et TsePN pouvaient aider dans l'assemblage du T6SS, indiquant que la partie N-terminale de TseP est importante pour la structure du T6SS.

D'autres tests ont montré que TsePN était sécrété tandis que TsePC ne l'était pas. Ça a soulevé des questions sur le fait que le manque de sécrétion de TsePC était dû à des défauts dans le T6SS. Dans des expériences supplémentaires, TsePC a été secrété en petites quantités même dans des souches mutantes, ce qui suggère qu'il peut être sécrété mais moins efficacement.

Une analyse de pull-down a confirmé que TsePN et TsePC interagissent avec une protéine appelée VgrG2, qui aide dans leur livraison, mettant en avant que les deux peuvent être manipulés indépendamment par le T6SS.

#TsePN : Une Amidase Spéciale

En regardant les produits formés lorsque TseP agit sur le PG, les chercheurs ont trouvé deux types principaux de produits, suggérant une activité amidase. TsePN a été prouvé responsable de cette activité amidase car d'autres versions ne pouvaient pas l'atteindre.

La structure de TsePN montre qu'elle nécessite des ions zinc pour fonctionner. Quand le zinc a été retiré ou quand des mutations ont été introduites qui affectent la liaison au zinc, l'activité amidase de TsePN a été considérablement réduite.

Les tests ont aussi montré qu'une protéine d'immunité appelée TsiP peut inhiber à la fois les activités amidase et lysozyme de TseP, TsePN, et TsePC. Ça suggère que TsiP peut neutraliser les effets nuisibles de ces protéines.

#Rôle de TsePN dans le T6SS et Fonction de Lysozyme

Pour vérifier si la fonction amidase était nécessaire pour la structure et la fonction du T6SS, différentes versions de TseP ont été testées dans des mutants T6SS. Un mutant spécifique a maintenu des fonctions T6SS similaires au type sauvage, suggérant que l'activité amidase pourrait ne pas être requise pour l'assemblage du T6SS.

Des tests supplémentaires ont examiné les effets combinés des activités amidase et lysozyme. On a observé que même si TseP était plus efficace que TsePC seul, les versions mutantes de TseP n'avaient pas de fonction réduite, ce qui pointe vers l'indépendance de ces deux activités.

#Diversité et Fonction des Homologues de TseP

Les chercheurs ont trouvé que des protéines similaires à TseP existent dans de nombreuses bactéries Gram-négatif. Ils ont choisi deux homologues particuliers pour voir s'ils avaient aussi des fonctions duales, et effectivement, ils ont montré des activités amidase et lysozyme similaires à TseP.

#Analyse des Caractéristiques Génétiques

En examinant le patrimoine génétique de ces protéines, ils ont trouvé des différences dans le contenu en GC qui ont laissé entrevoir des changements génétiques au fil du temps. Ça soutient l'idée que les parties N- et C-terminales de TseP pourraient à l'origine provenir de protéines séparées et se sont depuis fusionnées.

#Comprendre la Structure de TsePC

Pour comprendre comment TseP agit sur les parois cellulaires bactériennes, les chercheurs ont analysé sa structure via la cristallisation. Ils ont découvert que TsePC avait un design unique qui lui permettait de fonctionner plus efficacement qu'un lysozyme couramment utilisé provenant des œufs de poule.

La structure a révélé une large fente qui était différente de la fente étroite typique trouvée dans d'autres Lysozymes, ce qui pourrait améliorer son activité enzymatique. Les sites actifs de TsePC étaient situés près de cette fente, soutenant sa forte activité contre le peptidoglycane.

#Ingénierie de TsePC pour Attaquer les Bactéries Gram-positives

En étudiant si TseP pouvait décomposer les parois cellulaires de différentes bactéries, il a été constaté qu'il ne pouvait pas digérer efficacement les parois des bactéries Gram-positives. Cependant, en modifiant certaines parties de TsePC, les scientifiques ont pu augmenter son efficacité contre ces bactéries.

Cette version modifiée de TsePC pouvait décomposer les parois cellulaires de Bacillus subtilis, démontrant que changer les propriétés de surface de TsePC pouvait renforcer son activité antimicrobienne.

#Utiliser le T6SS pour Livrer TsePC Ingénieré

Pour voir si le TsePC modifié pouvait être délivré efficacement par le T6SS pour nuire aux bactéries Gram-positives, les tests ont montré que bien qu'il ait été sécrété à des niveaux plus bas que le TsePC original, il a quand même réduit la survie de Bacillus subtilis de manière significative quand la version modifiée était utilisée.

Ces résultats montrent que le T6SS peut être équipé d'un TsePC modifié pour obtenir la capacité d'attaquer les bactéries Gram-positives sans besoin de contact direct.

#Conclusion et Directions Futures

Le T6SS est important pour la compétition bactérienne, utilisant diverses protéines pour éliminer les concurrents. En étudiant comment ces protéines fonctionnent, on pourrait débloquer de nouvelles sources d'options antimicrobiennes, offrant des approches fraîches pour s'attaquer aux problèmes croissants de RAM.

Cette étude a introduit TseP comme un nouveau type de protéine à double fonction avec des activités à la fois amidase et lysozyme. Les résultats suggèrent que ces protéines pourraient avoir évolué ensemble et mettent en lumière le potentiel de les bio-ingénier pour devenir des antimicrobiens plus puissants.

Finalement, trouver de nouvelles façons d'améliorer ces protéines pourrait conduire à de meilleurs traitements pour les infections bactériennes, pas seulement dans la santé, mais aussi dans la sécurité alimentaire et la santé animale. En regardant vers l'avenir, les aperçus tirés de cette recherche ouvrent des avenues prometteuses dans la bataille contre la résistance antimicrobienne.