La plupart des bactéries pathogènes sont connues pour leur rapidité : en quelques minutes seulement, elles peuvent doubler leur population, rendant rapidement une personne malade. Mais tout aussi dangereux que cette croissance rapide peut être l’état de repos d’une bactérie, qui aide l’agent pathogène à échapper aux antibiotiques et contribue à de graves infections chroniques des poumons et du sang, des plaies et des surfaces des dispositifs médicaux.
Aujourd’hui, les scientifiques de Scripps Research ont découvert combien de longues chaînes de molécules appelées polyphosphates (polyP) sont nécessaires aux bactéries pour ralentir les mouvements au sein des cellules et les laisser entrer dans cet état de repos. Les résultats, publiés dans Actes de l'Académie nationale des sciences le 2 avril 2024, pourrait éventuellement conduire à de nouvelles façons de traiter les infections chroniques dans lesquelles les antibiotiques classiques ne sont pas efficaces.
De nombreux antibiotiques actuels bloquent la croissance bactérienne, mais les bactéries passent une grande partie de leur temps à ne pas se développer. Nous avons vraiment besoin de stratégies nouvelles et créatives pour cibler les phases de croissance lente et non croissantes des bactéries. »
Lisa Racki, professeur adjoint au Département de biologie structurale et computationnelle intégrative de Scripps Research et auteur principal du nouvel article
Les chercheurs savent depuis longtemps que les bactéries peuvent survivre pendant des périodes particulièrement longues lorsqu’elles cessent de se développer et entrent dans un état de dormance et d’économie d’énergie. Ils savaient également que lorsque les bactéries entrent dans cet état de repos, elles utilisent une énergie précieuse pour produire des brins polyP, qui forment de gros amas à l’intérieur de leurs cellules. Mais les scientifiques étaient historiquement incertains quant au but du polyP.
Pour étudier le polyP, Racki et ses collaborateurs se sont tournés vers Pseudomonas aeruginosa, une bactérie qui peut provoquer une pneumonie et des infections sanguines chez les personnes hospitalisées ou dont le système immunitaire est affaibli. Une des raisons P. aeruginosa peut être si difficile à traiter, c'est qu'il forme des biofilms ; des communautés de bactéries visqueuses et étroitement liées, dont beaucoup sont dans un état de repos et peuvent échapper aux antibiotiques typiques.
Quand P. aeruginosa est privé d'azote – ; l'un des nutriments clés dont il a besoin pour la croissance – ; il produit beaucoup de polyP. Dans ce nouveau travail, Racki et ses collaborateurs de l'EPFL et de Caltech ont découvert qu'un mutant incapable de produire du polyP ne peut pas entrer dans son état de repos. Pour mieux comprendre pourquoi cela se produit et quelles en sont les conséquences, les chercheurs ont génétiquement modifié P. aeruginosa pour fabriquer de petites particules étiquetées qui leur permettent de suivre le déplacement des molécules au sein de la bactérie.
« Ce que nous avons découvert, c'est que lorsque l'on se débarrasse des polyP, tout ce qui se trouve dans la cellule bouge trop », explique Racki. « Les cellules font la fête alors qu'elles devraient faire une pause. »
Lorsqu'il est privé de la plupart des nutriments, P. aeruginosa ralentit le mouvement des matériaux à l’intérieur et arrête la division. Mais sans azote ni polyP, les bactéries continuent de déplacer les matériaux à toute vitesse, grossissent, détachent leur matériel génétique et continuent de se diviser.
L'équipe de Racki a conclu que polyP est généralement chargé d'aider P. aeruginosa-;et probablement d'autres espèces bactériennes-;ralentissez. Cela les amène également à émettre l’hypothèse qu’empêcher les cellules de produire des polyP pourrait les maintenir actives et les rendre plus sensibles à certains antibiotiques.
« Cela aide non seulement à indiquer les directions possibles pour traiter les bactéries pathogènes, mais révèle également des réponses à des questions fondamentales sur la façon dont les choses se diffusent dans une cellule bactérienne », explique Racki.
Racki et son laboratoire prévoient désormais d'autres expériences pour mieux comprendre exactement pourquoi les cellules ne peuvent pas ralentir leurs mouvements intérieurs sans polyP, et si le blocage de la production bactérienne de polyP pourrait être une tactique efficace pour traiter certaines infections.
