Découverte d’un nouveau mécanisme par lequel les “bonnes” bactéries colonisent l’intestin

Les microbes qui habitent l’intestin sont essentiels à la santé humaine, et comprendre les facteurs qui encouragent la croissance d’espèces bactériennes bénéfiques – appelées “bonnes” bactéries – dans l’intestin peut permettre des interventions médicales qui favorisent la santé intestinale et humaine en général. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de Yale ont découvert un nouveau mécanisme par lequel ces bactéries colonisent l’intestin.

Plus précisément, l’équipe de Yale a découvert que l’une des espèces bénéfiques les plus abondantes trouvées dans l’intestin humain présentait une augmentation du potentiel de colonisation en cas de limitation du carbone – une découverte qui pourrait donner lieu à de nouvelles interventions cliniques pour soutenir un intestin sain. Les résultats ont été publiés le 16 mars dans Science.

L’équipe de Yale, basée dans le laboratoire du généticien Eduardo Groisman, professeur Waldemar Von Zedtwitz de pathogenèse microbienne, a découvert que la bactérie intestinale bénéfique Bacteroides thetaiotaomicron a répondu à la privation de carbone – un élément constitutif principal de toutes les cellules – en séquestrant une partie des molécules pour un facteur de transcription essentiel dans un compartiment sans membrane.

L’équipe a établi que la séquestration du facteur de transcription augmentait son activité, ce qui modifiait l’expression de centaines de gènes bactériens, dont plusieurs qui favorisent la colonisation intestinale et contrôlent les voies métaboliques centrales de la bactérie. Ces résultats révèlent que les “bonnes” bactéries utilisent la séquestration des molécules dans des compartiments sans membrane comme stratégie vitale pour coloniser l’intestin des mammifères.

Bacteroides thetaiotaomicron et d’autres bactéries résidant dans l’intestin des mammifères ont accès aux nutriments ingérés par l’animal hôte. Cependant, il y a aussi de longues périodes pendant lesquelles l’organisme hôte ne mange pas. La privation de nutriments, y compris le carbone, provoque la production de facteurs de colonisation dans les bactéries intestinales bénéfiques, ont découvert les chercheurs.

“L’une des choses qui en est ressortie est que lorsqu’un organisme est affamé de carbone, c’est le signal qui aide à produire des propriétés qui sont bonnes pour survivre dans l’intestin”, a déclaré Aimilia Krypotou, boursière postdoctorale au laboratoire de Groisman et auteur principal de l’étude. étude.

Une confluence d’observations provenant de recherches antérieures du laboratoire a conduit à la percée. La première a eu lieu lorsque Groisman a remarqué que la taille du facteur de transcription du microbe intestinal était beaucoup plus grande que celle d’autres protéines homologues bien étudiées d’autres espèces bactériennes. L’équipe a ensuite découvert que les bactéries ne pouvaient pas survivre dans l’intestin d’une souris sans la région supplémentaire absente des protéines homologues.

Krypotou a alors émis l’hypothèse que la région supplémentaire pourrait conférer une nouvelle propriété biophysique au facteur de transcription nécessaire à la survie de la bactérie dans l’intestin, et a réalisé avec succès une série d’expériences pour tester l’hypothèse.

La prise de conscience de ces compartiments sans membrane remonte en fait à cent ans, a déclaré Groisman. L’idée clé de Krypotou, a-t-il dit, était de déduire de nouvelles propriétés pour le facteur de transcription bactérien – appelé Rho – basé sur la région supplémentaire. La séquestration du facteur de transcription a lieu par un processus connu sous le nom de séparation de phase liquide-liquide, un phénomène omniprésent présent dans une grande variété de cellules, y compris celles des humains.

Ce phénomène est connu mais est généralement associé à un stress chez les organismes eucaryotes, tels que les plantes, les animaux et les champignons. Récemment, on a réalisé que cela pouvait également se produire avec des bactéries et, dans notre cas, nous avons établi qu’il se produit dans les bactéries intestinales commensales, qui en ont besoin pour survivre dans l’intestin. On pourrait imaginer, potentiellement imaginer que si l’on manipulait des organismes sujets à cet effet, on pourrait peut-être améliorer des organismes bénéfiques pour l’homme.”

Eduardo Groisman, professeur Waldemar Von Zedtwitz de pathogenèse microbienne

Les résultats pourraient aider à stimuler le développement de nouvelles thérapies probiotiques pour la santé intestinale, a déclaré Krypotou.

“La plupart des études ne portent que sur l’abondance de bactéries”, a-t-elle déclaré. “Si nous ne comprenons pas ce qui se passe au niveau moléculaire, nous ne savons pas si cela aiderait.”

Parmi les autres auteurs figurent Guy Townsend III et Xiaohui Gao, anciens boursiers postdoctoraux ;Nick Pokorzynski, boursier postdoctoral actuel dans le laboratoire de Groisman ; Jun Liu et Shoichi Tachiyama, stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Liu, et Andrew Goodman du Yale Microbial Sciences Institute.