Une collaboration dirigée par l'Université de Cornell a révélé l'équipement qui permet aux bactéries de survivre à l'exposition aux antibiotiques: un mécanisme de navette qui aide un complexe de protéines à pomper un large éventail d'antibiotiques ainsi que d'autres substrats physiologiques de la cellule.
Maintenant que le mécanisme a été identifié, les chercheurs utilisent des manipulations chimiques et mécaniques pour perturber le processus, afin que les antibiotiques puissent fonctionner sans entrave.
La recherche, sous embargo jusqu'au 12 février 2025 à 11h HNE dans Cell rapporte les sciences physiquesétait dirigé par Peng Chen, professeur de chimie. Les auteurs de co-édifices sont Wenyao Zhang, Ph.D. '23, et Christine Harper, Ph.D. '22.
Certaines bactéries sont plus résistantes aux antibiotiques que d'autres, les soi-disant bactéries à Gram négatif étant particulièrement résilientes parce qu'elles ont une membrane supplémentaire pour se armer elles-mêmes. Ils ont également un système de plomberie sophistiqué sous la forme d'un complexe protéique en trois parties – MacaB-TOLC – qui couvre les membranes intérieures et externes de la cellule, ainsi que le périplasme qui les relie. Chacune des trois protéines clés occupe un emplacement différent: TOLC sur la membrane externe, MACB sur la membrane intérieure et la maca dans le périplasme, bien qu'elle soit ancrée sur la membrane intérieure.
Ce complexe protéique « tripartite », également connu sous le nom de pompe à efflux multidrogue, forme un conduit qui draine non seulement les antibiotiques mais aussi les facteurs de virulence – c'est-à-dire des molécules qui sont produites par la cellule bactérienne elle-même et peuvent infecter ou autrement compromettre son hôte.
Afin de pomper les toxines, les trois protéines doivent s'assembler dans une stoechiométrie spécifique ou un équilibre chimique. Deux protéines MACB s'assemblent avec six protéines MACA, puis trois protéines TOLC. Ce rapport a été bien compris, mais les chercheurs se sont demandé, une fois la structure assemblée, comment les molécules du périplasme entrent dans le canal qui traverse le complexe et à travers les différents types de substrats qu'ils sont pompés.
L'équipe de Chen a utilisé l'imagerie à molécule unique sur les cellules bactériennes d'E. Coli pour mieux comprendre les interactions protéiques. Lorsqu'ils ont mesuré la concentration de protéines à l'intérieur de la cellule, ils ont constaté que la stoechiométrie était en fait déséquilibrée, avec un excédent de Macbs flottant autour (et encore plus de tolc, connu des études précédentes), bien plus que nécessaire pour les 2: 6: 3 du complexe configuration. En plus de cela, les chercheurs ont remarqué que la protéine de l'adaptateur MACA pouvait se désassembler à partir de l'assemblage macab-tolc.
Vous avez essentiellement ces BS supplémentaires qui n'ont pas de partenaires à assembler. Et bien sûr, la cellule ne fait pas cela sans raison. Nous avons découvert une bonne raison est que lorsque vous avez ce B supplémentaire, car il n'en a pas associé, il a naturellement une ouverture pour que le substrat entre. Ainsi, une fois que le substrat peut se lier au B supplémentaire, certains de Les A qui sont initialement associés à B peuvent migrer vers l'assemblage. Et une fois assemblé, ils peuvent pomper le substrat. «
Peng Chen, professeur de chimie, Université Cornell
Pour tester si le mécanisme pouvait être interrompu, le groupe de Chen a collaboré avec une équipe de l'Université de Californie à San Francisco, dirigé par l'ancien professeur Cornell Christopher Hernandez, qui a développé un dispositif microfluidique qui peut changer la résistance aux toxines d'une bactérie individuelle en appliquant un stress mécanique.
Les chercheurs ont déterminé que le pressage d'E. Coli à travers le dispositif déforma suffisamment la cellule pour perturber le complexe assemblé et l'empêcher de résister aux antibiotiques.
Après avoir établi le lien entre la stoechiométrie des protéines déséquilibrées et la fonction cellulaire, Chen est maintenant curieux d'explorer comment cette relation s'applique à d'autres systèmes.
« Ce déséquilibre de la stoechiométrie des protéines doit exister pour de nombreux types de complexes de protéines. Mais comment une cellule utilise-t-elle ce déséquilibre? Je ne pense pas que les gens réalisent cela suffisamment », a déclaré Chen. « Maintenant, nous avons un exemple qui montre que ce déséquilibre particulier pourrait être, fonctionnellement, très pertinent. Donc, chaque fois que nous étudions les complexes de protéines dans la cellule, nous voulons toujours mesurer la quantité relative dans toute la cellule par rapport à leur quantité relative dans un complexe particulier .
Les co-auteurs incluent Hernandez; Chercheur postdoctoral Junsung Lee, Ph.D. '24; L'ancien chercheur postdoctoral Bing Fu; et Malissa Ramsukh '21.
La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health, le Bureau de recherche de l'armée et la National Science Foundation.
