Faisant des millions de victimes, le paludisme est une maladie infectieuse provoquée par la piqûre d'un moustique porteur du parasite du paludisme. Après avoir pénétré dans la peau, l’agent pathogène se déplace selon des trajectoires hélicoïdales. Il tourne presque toujours vers la droite, comme l’a récemment découvert une équipe de physiciens et de chercheurs sur le paludisme de l’Université de Heidelberg. En utilisant des techniques d’imagerie à haute résolution combinées à des simulations informatiques, les chercheurs ont démontré que l’agent pathogène utilise ces hélices droites pour contrôler son mouvement lors de sa transition d’un compartiment tissulaire à un autre. Ce schéma de mouvement est rendu possible par l’asymétrie jusqu’ici inexpliquée du plan corporel de l’organisme unicellulaire. Selon les chercheurs, leurs résultats pourraient contribuer à améliorer les tests de nouveaux médicaments et vaccins.
L'agent pathogène du paludisme, Plasmodium, se transmet des glandes salivaires du moustique à la peau de l'hôte. À ce stade précoce, le parasite unicellulaire a la forme d’un croissant. Cette forme cellulaire inhabituelle est responsable des mouvements hélicoïdaux caractéristiques des sporozoïtes. Ils permettent à l'agent pathogène de s'enrouler plus facilement autour des vaisseaux sanguins ou de s'emparer des tissus environnants, comme l'ont démontré le physicien Prof. Ulrich Schwarz et le chercheur sur le paludisme Prof. Dr Friedrich Frischknecht lors de travaux collaboratifs antérieurs. « Nos nouvelles recherches montrent que les parasites du paludisme se déplacent presque exclusivement sur des hélices droites dans des environnements tridimensionnels », explique le professeur Schwarz, qui dirige le groupe de recherche sur la physique des biosystèmes complexes à l'Institut de physique théorique de l'Université de Heidelberg.
Dans le cadre d'expériences menées au Centre des maladies infectieuses de l'hôpital universitaire de Heidelberg, les scientifiques ont exploré la fonction biologique que pourrait avoir ce mouvement vers la droite. En remplacement des tissus, ils ont utilisé des hydrogels synthétiques, qui soutiennent l'utilisation de processus d'imagerie à haute résolution et une comparaison quantitative avec des simulations informatiques du mouvement cellulaire. Au cours du processus, les chercheurs ont découvert que les parasites au fond de l'hydrogel sur le substrat de verre se comportent différemment que s'ils étaient appliqués sur une lame de verre directement à partir d'une solution fluide. Dans le premier cas, les parasites tournent dans le sens des aiguilles d'une montre sur le verre ; dans le second, ils tournent dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Sur cette base, les chercheurs ont conclu que le mouvement vers la droite est la clé de la manière dont le parasite pénètre dans les différents compartiments.
Nous soupçonnons que cette chiralité s'est développée au cours de l'évolution pour permettre à l'agent pathogène de passer rapidement et toujours de la même manière entre les différents compartiments tissulaires du corps hôte.
Friedrich Frischknecht, professeur de parasitologie intégrative à la Faculté de médecine Heidelberg de l'Université de Heidelberg et chercheur au Centre de recherche intégrative sur les maladies infectieuses de l'hôpital universitaire de Heidelberg
Les différents schémas de mouvement sur des substrats conventionnels en solution et provenant d'un hydrogel tridimensionnel pourraient expliquer pourquoi les sporozoïtes étaient si incapables d'infecter les cellules hépatiques lors d'expériences de laboratoire précédentes. « Nos résultats montrent que cela fait une grande différence si les agents pathogènes sont appliqués directement sur le verre ou s'ils se déplacent d'abord à travers un tissu », ajoute le Dr Mirko Singer, postdoctorant dans le groupe du professeur Frischknecht. Les découvertes actuelles sur le mouvement des parasites pourraient donc contribuer à améliorer les tests expérimentaux et à développer de nouvelles approches de prévention des infections.
En combinant imagerie haute résolution et modèles mathématiques, les chercheurs ont également pu découvrir le mécanisme moléculaire sous-jacent. Des travaux théoriques antérieurs avaient révélé comment la forme particulière du croissant du parasite détermine son mouvement. « Nos simulations informatiques ont confirmé que seule une asymétrie à l'avant du parasite pourrait être responsable des schémas de mouvement observés expérimentalement », déclare Leon Letterman, doctorant dans le groupe dirigé par le professeur Schwarz. En utilisant la microscopie à super-résolution, les chercheurs ont identifié une caractéristique distinctive dans le plan corporel du parasite qui entraîne une répartition inégale des forces le long du corps.
La recherche a été financée par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et menée dans le cadre du Centre de recherche collaborative « Analyse intégrative des agents pathogènes – Réplication et propagation » basé à la Faculté de médecine de Heidelberg de l'Université de Heidelberg. Il faisait également partie du programme prioritaire « Physique du parasitisme » financé par la DFG. Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins de Baltimore (États-Unis) ont également collaboré à ces travaux. Les résultats ont été publiés dans la revue « Nature Physics ».
