Certains transporteurs membranaires bactériens fonctionnent presque comme des monte-charges pour transporter des substances à travers la membrane cellulaire jusqu’à l’intérieur de la cellule. Le transporteur lui-même traverse la membrane bactérienne. Tel un chariot élévateur, une protéine soluble extérieure à la bactérie transporte la substance jusqu’à « l’ascenseur » et y décharge sa cargaison. Le monte-charge le transporte à l’intérieur de la cellule, autrement dit vers un autre étage. Des chercheurs de l’hôpital universitaire de Bonn (UKB) et de l’université de Bonn, en collaboration avec une équipe de l’université de York, ont étudié l’interaction entre le transporteur et sa protéine de liaison au substrat soluble. Il est intéressant de noter qu’ils s’adaptent précisément les uns aux autres pendant le processus de transport. Comme cela se produit très rapidement, les chercheurs ont pratiquement « bloqué » l’ascenseur en insérant spécifiquement des ancrages, appelés ponts disulfure. Cela leur a permis de prouver que seul le « chariot élévateur » chargé rentre dans « l’ascenseur » s’il se trouve au bon étage. Cela rend le transport vraiment efficace. L’étude a été publiée dans la revue « Nature Communications ».
Comme toutes les cellules, les bactéries sont également entourées d’une membrane cellulaire. Cette fine couche de lipides renferme les nutriments, le matériel génétique et les protéines de la cellule. Toutefois, certaines substances doivent pouvoir traverser la membrane. Par exemple, les substances qui aident les agents pathogènes à échapper à la réponse immunitaire du corps humain. Pour cela, des bactéries pathogènes telles que Haemophilus influenzae possèdent des transporteurs périplasmiques dits ATP-indépendants (TRAP). Ils possèdent deux domaines transmembranaires très flexibles qui couvrent la paroi cellulaire. Le pathogène Haemophilus influenzae utilise le transporteur TRAP pour transporter l’acide sialique de son environnement vers l’intérieur de la cellule, qui est ensuite incorporé dans la paroi cellulaire bactérienne. La petite molécule de sucre est très courante dans les tissus humains.
Une fois incorporé dans la paroi cellulaire bactérienne, l’acide sialique agit comme une casquette de camouflage pour les bactéries. Cela leur permet de se cacher de notre système immunitaire, car cela les fait ressembler aux propres tissus du corps. »
PD Dr Gregor Hagelueken de l’Institut de biologie structurale de l’UKB
Il est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Vie et santé » et du pôle d’excellence Immunosensation de l’Université de Bonn.
La protéine attrape la substance comme un piège à mouches de Vénus
Le transporteur TRAP est soutenu par une protéine de liaison au substrat (SBP) supplémentaire, qui recherche l’acide sialique en dehors de la membrane bactérienne. Une fois que ce « chariot élévateur » a trouvé une molécule de sucre, le SBP change de forme et lie étroitement l’acide sialique. « Ce processus de liaison peut être comparé à la fermeture d’un piège à mouches Vénus », explique Philipp Hendricks, l’un des premiers auteurs de l’étude et doctorant à l’Institut de biologie structurale de l’Université de Bonn.
On soupçonne depuis longtemps que le transporteur TRAP reconnaît la forme fermée de la protéine de liaison au substrat. Les chercheurs de Bonn ont donc étudié si l’ouverture et la fermeture du SBP et le mouvement ascendant et descendant du transporteur TRAP étaient réellement couplés. Comme ces mouvements sont très rapides, l’équipe de Hagelueken a utilisé ce que l’on appelle l’ingénierie du disulfure, un outil biotechnologique spécial, pour bloquer le transporteur. « Nous avons verrouillé l’ascenseur à différents étages, pour ainsi dire, soit à l’intérieur de la cellule, soit à l’extérieur », explique le premier auteur, le Dr Martin Peter. Il a été chercheur postdoctoral à l’Institut de biologie structurale et est aujourd’hui chercheur à l’Université de Heidelberg.
Un monte-charge bactérien rendu visible grâce à la microscopie à fluorescence
En collaboration avec le laboratoire du professeur Ulrich Kubitscheck de l’Institut Clausius de chimie physique et théorique de l’Université de Bonn, les chercheurs ont pu intégrer le transporteur TRAP dans des membranes artificielles. Grâce à la microscopie à fluorescence d’une seule molécule, ils ont pu observer avec précision la liaison entre le transporteur TRAP et le « chariot élévateur » et ainsi les observer en direct au travail. « Nos expériences ont montré que les mouvements du SBP et ceux de l’ascenseur transmembranaire sont effectivement couplés », explique le premier auteur Jan A. Ruland, chercheur postdoctoral à l’Institut Clausius de l’Université de Bonn. Ainsi, le SBP dans son état fermé se lie préférentiellement à l’élévateur à membrane orienté vers l’intérieur et le SBP « ouvert » au transporteur TRAP orienté vers l’extérieur. « Ces nouvelles connaissances sur le mécanisme du transporteur pourraient aider à l’avenir à développer des antibiotiques qui garantissent que les élévateurs de bactéries restent bloqués. Cela mettrait fin au jeu de cache-cache et notre système immunitaire pourrait détruire les bactéries. plus facilement », résume Hagelueken de l’UKB.
