MICROBIOTE : La liaison bactérie-fibres inspire de superglues médicales
En décryptant ce processus d’adhérence des bactéries aux fibres alimentaires, cette équipe de l’Université de Bâle ouvre la voie au développement de mécanismes moléculaires artificiels similaires mais qui vont se lier aux pathogènes cibles de la maladie. C’est le concept de « superglues médicales », documentées dans la revue Nature Communications et capables de capter certaines bactéries ou, au contraire de diffuser des nanoparticules thérapeutiques.
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Certaines bactéries du microbiote intestinal adhèrent aux fibres de cellulose dans l'intestin humain. L’équipe suisse découvre avec ces travaux, 2 modes de fixation différents, qui permettent à cette liaison bactérie-cellulose de résister aux forces de cisaillement en jeu dans l’intestin. Si ces travaux ne permettent pas de comprendre totalement les enjeux de ces processus à la fois mécanique et biologique, ils suggèrent que les bactéries pourraient contrôler le choix du mode de liaison à l’aide de complexes protéiques. Ce contrôle leur permettrait de passer d'un état d'adhérence faible à élevé en fonction de l'environnement. La compréhension de ce processus pourrait donc permettre le développement de superglues médicales.
R. champanellensis contrôle son mode d’adhésion à la cellulose
La cellulose est un élément constitutif majeur des parois cellulaires végétales, constitué de molécules liées entre elles en fibres solides. Pour les humains, la cellulose est indigeste et la majorité des bactéries intestinales n'ont pas les enzymes nécessaires pour la décomposer. Cependant, du matériel génétique de la bactérie dégradant la cellulose R. champanellensis a déjà été détecté dans des prélèvements de microbiotes humains.
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Comment la bactérie se fixe à la fibre : les scientifiques se sont donc concentrés sur le comportement de la bactérie R. champanellensis et découvrent un réseau complexe de protéines d'échafaudage et d'enzymes sur l’enveloppe cellulaire externe, appelé réseau de cellulosomes, qui permet à la bactérie de se fixer et dégrader les fibres de cellulose. Ces réseaux cellulosomiques sont maintenus ensemble par des familles de protéines en interaction. L'interaction entre 2 protéines, cohésine-dockerine, permet l'ancrage du réseau cellulosomique à la paroi cellulaire, est particulièrement intéressante : en effet, l’interaction résiste aux forces en présence dans le microbiote.
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Comment le complexe d'ancrage résiste aux forces mécaniques : en utilisant une combinaison de microscopie au niveau moléculaire, à fluorescence et un programme de simulation de dynamique moléculaire, l’équipe de l'Université de Bâle et de l'ETH Zurich, identifient 2 modes de liaison distincts qui permettent aux bactéries de coller aux surfaces des fibres. Cette interaction appelée « mode de double liaison », est caractérisé par des complexes protéiques spécifiques à chacun des modes. Chaque mode de liaison possède ainsi des propriétés mécaniques très différentes, l'un se cassant à des forces faibles d'environ 200 piconewtons et l'autre présentant une stabilité beaucoup plus élevée à la rupture seulement à 600 piconewtons.
La dynamique de cette interaction permet aux bactéries d'adhérer à la cellulose sous contrainte de cisaillement et de libérer leur complexe protéique en réponse à de nouveaux substrats ou à de nouveaux environnements.
La bactérie est donc capable d’adapter son mode de liaison à la fibre, en libérant un complexe protéique :
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un mécanisme naturel qui ouvre la voie au développement d’équivalents artificiels qui permettent une liaison aux pathogènes ou au contraire la libération de nanoparticules thérapeutiques à l'intérieur du corps.
Source: Nature Communications 28 August 2020 10.1038/s41467-020-18063-x High force catch bond mechanism of bacterial adhesion in the human gut
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Cette actualité a été publiée le 9/09/2020 par
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