Alors que nous nous dirigeons vers l’extérieur cet été, les scientifiques s’efforcent de couper les longs appendices flexibles qui permettent à la bactérie commune Campylobacter jejuni de se frayer un chemin depuis la volaille insuffisamment cuite et les cours d’eau naturels jusqu’à notre tractus intestinal où elle rend des millions d’entre nous malades chaque année.
Campylobacter jejuni est la cause la plus fréquente de diarrhée, de vomissements et de douleurs à l’estomac aux États-Unis et dans le monde, avec environ 140 millions de cas dans le monde et plus de 30 000 décès chaque année, principalement chez les enfants de moins de 5 ans.
La motilité est la “solution miracle” de cette bactérie qui utilise ses flagelles longs, fins et flexibles en forme de bras pour manœuvrer le mucus épais de notre tractus gastro-intestinal, se frayer un chemin à l’intérieur de nos cellules intestinales, puis s’envelopper d’un biofilm protecteur lorsqu’il est menacé, déclare le Dr Stuart A. Thompson, microbiologiste à la Division des maladies infectieuses du Medical College of Georgia de l’Université Augusta.
“C’est en fait très bon pour bouger, non seulement à cause du flagelle, mais à cause de la forme en spirale de la cellule elle-même, donc elle ne fait que voyager à travers le mucus”, explique la Dre Claudia Cox, boursière postdoctorale, en émettant un son qui imite le appendices tourbillonnants.
Les flagelles agiles, chacun plus long que le corps central en forme de tire-bouchon de la bactérie, ne se contentent pas de propulser, ils aident à saisir et à maintenir la cellule que la bactérie s’efforce d’infecter et de pousser à l’intérieur, dit-elle. Ces bras essentiels, collants en raison de leur enrobage de sucre naturel, jouent également un rôle dans la construction d’un biofilm qui le protégera des moments difficiles comme le manque de nourriture ou l’excès d’oxygène.
Cox et Thompson veulent arrêter la bactérie omniprésente, potentiellement avec une molécule sûre qui pourrait être administrée dès l’apparition de signes d’infection, comme la diarrhée et la fièvre, en ciblant des éléments clés de son incroyable mobilité. Mais ils doivent d’abord identifier les meilleurs points d’intervention.
Ils étudient l’enzyme CbrR, un soi-disant régulateur de réponse de la bactérie qui lui permet d’évaluer son environnement dynamique et de faire les ajustements dont elle a besoin pour survivre. Ils examinent également pour la première fois dans cette bactérie le “second messager” cyclique-di-GMP, que l’enzyme produit et utilise pour effectuer ces ajustements ; et plus récemment les acides aminés qui fonctionnent comme éléments constitutifs des bras longs de la bactérie.
Thompson est chercheur principal sur une nouvelle subvention de 423 500 $ sur deux ans (R21AI164078-01) de l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses qui les aide à mieux comprendre ces éléments constitutifs.
Il est également PI sur une subvention de 410 000 $ sur deux ans (1R21AI154078-02) du NIAID qui se termine cet été et a aidé les scientifiques à mieux comprendre comment la bactérie utilise le di-GMP cyclique pour favoriser la résistance à la bile – ; le sel biliaire est un puissant antimicrobien – ; ainsi que la motilité/mouvement et la formation du biofilm lisse sous lequel la bactérie s’abrite lorsque les conditions deviennent difficiles.
Cox et Thompson ont montré que le di-GMP cyclique est produit par CbrR, qui dans ce cas est un régulateur négatif. Ils ont rapporté l’année dernière dans le journal Micro-organismes que lorsque CbrR était présent, la mobilité et la capacité à produire un biofilm étaient entravées. Par exemple, la forme générale en tire-bouchon de la bactérie était la même, mais les flagelles longs, fins et constamment en mouvement étaient MIA, explique Thompson.
Il s’avère que CbrR est un régulateur de la motilité, des flagelles. La motilité est le facteur de virulence le plus important de Campylobacter. Il est nécessaire pour la colonisation, il est nécessaire pour l’adhérence et l’invasion des cellules hôtes, et il est nécessaire pour la formation de biofilm. »
Dr Stuart A. Thompson, microbiologiste à la Division des maladies infectieuses du Medical College of Georgia de l’Université Augusta
Conclusions : CbrR est une bonne chose pour Campylobacter jejuni parce qu’il produit du di-GMP cyclique et parce qu’il peut réduire la motilité pour permettre à la bactérie de survivre dans un environnement difficile, dit Cox. Cela signifie qu’il est temps d’arrêter de se déplacer autant, de conserver et de chercher quelque chose à proximité -; ils ont vu la bactérie extraire l’amidon d’un milieu de culture dans lequel elle reposait – ; se faufiler dans le biofilm ou s’abriter sous le biofilm d’une autre bactérie, dit-elle.
Nul doute que la bactérie super-sensible à l’oxygène a souvent besoin d’un port dans la tempête. Asseyez-vous un plat d’eux sur un bureau pendant quelques jours et ils sont morts, dit Thompson, juste à cause de la teneur en oxygène dans l’air ambiant, dit-il. Mais contrairement à E. coli, Campylobacter jejuni a besoin d’oxygène. L’eau aussi, dit-il, qui sont quelques-unes des raisons pour lesquelles elle est heureuse dans notre intestin et dans l’intestin des volailles et des oiseaux migrateurs, dit-il, mais note que chez les oiseaux, cela fait partie de leur flore normale.
Les acides aminés, qui se combinent pour former des protéines, sont essentiels pour effectuer tous ces ajustements et la fonction critique du mouvement. Les modifications des acides aminés peuvent entraîner des modifications de la structure et de la fonction d’une protéine. Il est bien connu que les bactéries utilisent un processus appelé phosphorylation, qui est essentiel pour réguler de nombreux processus cellulaires, pour apporter les modifications nécessaires à la construction des flagelles, un processus de construction qui fonctionne un peu comme l’ajout de pièces de Lego à partir du sol jusqu’à ce qu’il soit terminé. Comme pour un bâtiment réel, de nombreux régulateurs sont impliqués dans le contrôle de la croissance, notamment en l’arrêtant au moment opportun, et c’est là que des choses comme un régulateur négatif deviennent importantes.
Ils ont la preuve que les acides aminés sérine et thréonine, qu’ils ont trouvés présents dans environ la moitié des protéines flagelles, phosphorylent ou modifient des protéines importantes pour la motilité dans ce processus de construction dynamique essentiel. La nouvelle subvention leur permet d’en savoir plus sur la façon dont la phosphorylation de la sérine et de la thréonine modifie les protéines de la bactérie et ce que cela fait aux protéines de motilité de l’insecte dans le but de trouver à nouveau la ou les cibles d’intervention les plus directes. Cela pourrait dans ce scénario inclure le blocage de la phosphorylation au lieu des actions qui en résultent.
Ils ont déjà identifié deux protéines encore sans nom, 0215 et 0862, connues pour éliminer les phosphates de la sérine et de la thréonine, et ont des preuves que 0215 peut être impliqué à la fois dans l’ajout et la suppression d’un groupe phosphate. Ils en recherchent d’autres qui ajoutent simplement des phosphates dans ce scénario.
Ce type d’addition et de soustraction est important car lorsqu’une protéine est ajoutée ou retirée, cela peut changer ce que fait la protéine, disent-ils. “Parfois, c’est comme un interrupteur marche/arrêt et parfois la phosphorylation transforme la protéine en quelque chose d’autre”, explique Cox.
Selon les scientifiques, des bactéries intelligentes peuvent ralentir ou reprendre la formation de flagelles en fonction de ce qui se passe dans leur environnement. S’ils peuvent identifier une protéine dont la perte arrête la construction des flagelles, une petite molécule qui inactive cette protéine pourrait signifier que les bras importants ne sont pas construits, dit Thompson.
Bien que le blocage de l’action de survie clé de Campylobacter ne fonctionne pas comme un vaccin pour tenter de bloquer l’infection initiale, l’idée est que s’ils peuvent bloquer la croissance des flagelles nécessaires au mouvement de la bactérie, ils peuvent arrêter sa progression dans son élan et tôt dans le processus, dit Thompson.
Les envahisseurs bactériens initiaux deviendraient plus vulnérables à la réponse immunitaire naturelle et/ou mourraient simplement, de sorte que l’infection serait mineure et incapable de provoquer une maladie grave.
“Il s’agit davantage d’une thérapeutique ciblée”, déclare Thompson. “C’est mort dans l’eau”, ajoute Cox.
Les deux ont également étudié à la fois le sucre primaire que Campylobacter utilise pour fabriquer un biofilm visqueux et protecteur et comment la protéine régulatrice CsrA aide. Ils ont montré il y a longtemps que lorsque la CsrA est absente, Campylobacter ne peut pas bien se déplacer, se coller les uns aux autres ou au tractus gastro-intestinal ou produire un biofilm.
Bien que le jury ne sache pas exactement d’où vient le biofilm, il a des preuves qu’il peut être fabriqué par d’autres bactéries et potentiellement ailleurs.
Mais Thompson ajoute qu’il existe également de bonnes preuves que l’ADN de la bactérie est présent dans le biofilm, mais d’où provient le sucre, ou polysaccharide, un composant majeur, qui reste inconnu. Il note que la bactérie n’est pas toujours recouverte de biofilm, comme lorsqu’elle infecte activement un hôte et se réplique si rapidement. “Lorsque nos cellules immunitaires crachent toutes sortes de choses désagréables” sur la bactérie serait probablement un autre bon moment pour créer un biofilm et un abri, en particulier lorsqu’il s’agit d’une infection persistante ou lorsque Campylobacter traverse le sel biliaire dans notre intestin.
La volaille insuffisamment cuite est une source majeure de Campylobacter jejuni, tout comme le caca d’animaux, y compris d’oiseaux et de vaches, qui finit par contaminer les eaux des lacs et des étangs, dit Thompson. Bien que la façon dont il cause la maladie reste incertaine, la plupart des gens se rétablissent en une semaine, souvent sans traitement antibiotique.
D’autres développent le syndrome du côlon irritable, l’arthrite et la bactérie est la cause la plus fréquente du syndrome de Guillan-Barrè, dans lequel le système immunitaire endommage les nerfs, provoquant une faiblesse musculaire et potentiellement une paralysie.
La résistance aux antibiotiques de la bactérie peut être un problème en raison des pratiques récentes d’administration d’antibiotiques à la volaille ainsi qu’au bétail pour prévenir les maladies, selon les scientifiques.
La sensibilisation peut également être un problème. Malgré le fait qu’il soit beaucoup plus courant que Salmonella, même lorsque Thompson interroge une salle pleine de scientifiques sur Campylobacter jejuni, généralement seule une poignée de mains se lève.
