Une étude réalisée dans l'État américain de l'Ohio révèle un mécanisme de défense bactérienne contre les phages

Une étude réalisée dans l'État américain de l'Ohio révèle un mécanisme de défense bactérienne contre les phages

L'un des nombreux secrets du succès des bactéries réside dans leur capacité à se défendre contre des virus appelés phages, qui infectent les bactéries et utilisent leur machinerie cellulaire pour se copier.

Les avancées technologiques ont récemment permis d’identifier les protéines impliquées dans ces systèmes, mais les scientifiques approfondissent encore leur fonctionnement.

Dans une nouvelle étude, une équipe de l'Ohio State University a rapporté la composition moléculaire de l'un des systèmes anti-phages les plus courants - de la famille des protéines appelées Gabija - dont on estime qu'il est utilisé par au moins 8,5 % et jusqu'à 18 % de toutes les espèces bactériennes sur Terre.

Les chercheurs ont découvert qu’une protéine semble avoir la capacité de combattre un phage. Cependant, lorsqu’il se lie à une protéine partenaire, le complexe résultant est extrêmement apte à couper le génome d’un phage envahisseur, le rendant ainsi incapable de se répliquer.

Nous émettons l'hypothèse que les deux protéines doivent former un complexe pour jouer un rôle dans la prévention des phages. Mais nous pensons aussi qu’une protéine possède à elle seule une certaine fonction anti-phage. Le rôle complet de la deuxième protéine nécessite des recherches plus approfondies.

Zhangfei Shen, co-auteur principal de l'étude et boursier postdoctoral en chimie biologique et pharmacologie à l'Université de médecine de l'État de l'Ohio

Les résultats contribuent à la compréhension scientifique des stratégies évolutives des micro-organismes et pourraient un jour être traduits en applications biomédicales, affirment les chercheurs.

Shen et le co-auteur principal Xiaoyuan Yang, étudiant diplômé, travaillent dans le laboratoire de l'auteur principal Tianmin Fu, professeur adjoint de chimie biologique et de pharmacologie à l'État de l'Ohio.

L'étude a été publiée le 16 avrilBiologie structurale et moléculaire de la nature.

Les deux protéines qui composent ce système de défense sont appelées Gabija A et Gabija B, ou en abrégé GajA et GajB.

Les chercheurs ont utilisé la cryomicroscopie électronique pour déterminer les structures biochimiques de GajA et GajB individuellement, ainsi que ce qu'on appelle un complexe supramoléculaire, GajAB, qui se forme lorsque les deux se combinent en un groupe composé de quatre molécules de chaque protéine.

Dans des expériences avecBacillus cereusEn utilisant les bactéries comme exemple, les chercheurs ont observé l’activité du complexe en présence de phages pour mieux comprendre le fonctionnement du système de défense.

Bien que GajA seul ait montré des signes d'activité susceptibles de désactiver l'ADN d'un phage, le complexe qu'il formait avec GajB était beaucoup plus efficace pour garantir que les phages ne pourraient pas prendre le contrôle de la cellule bactérienne.

"C'est la partie mystérieuse", a déclaré Yang. "GajA seul suffit à cliver le noyau du phage, mais il forme également le complexe avec GajB lorsque nous les incubons ensemble. Notre hypothèse est que GajA reconnaît la séquence génomique du phage, mais GajB améliore cette reconnaissance et aide à couper l'ADN du phage." "

La grande taille et la configuration allongée du complexe ont rendu difficile l'obtention d'une image complète des contributions fonctionnelles de GajB lorsqu'il est lié à GajA, a déclaré Shen. L'équipe a donc dû faire certaines hypothèses sur les rôles des protéines qui doivent encore être confirmées.

"Tout ce que nous savons, c'est que GajB contribue à augmenter l'activité de GajA, mais nous ne savons pas encore comment cela fonctionne car nous n'en voyons qu'environ 50 % dans le complexe", a déclaré Shen.

L'une de leurs hypothèses est que GajB pourrait influencer la concentration d'une source d'énergie, le nucléotide ATP (adénosine triphosphate), dans l'environnement cellulaire, notamment en abaissant l'ATP après avoir détecté la présence du phage. Cela aurait le double effet d'étendre l'activité de désactivation de l'ADN du phage de GajA et de voler l'énergie dont un phage aurait besoin pour commencer à se répliquer, a déclaré Yang.

Il reste encore beaucoup à apprendre sur les systèmes de défense anti-phages bactériens, mais cette équipe a déjà montré que le blocage de la réplication virale n’est pas la seule arme de l’arsenal bactérien. Dans une étude précédente, Fu, Shen, Yang et leurs collègues ont décrit une stratégie de défense différente : les bactéries programment leur propre mort plutôt que de permettre aux phages de prendre le contrôle d'une communauté.

Ce travail a été soutenu par l’Institut National des Sciences Médicales Générales.

Les autres co-auteurs incluent Jiale Xie, Jacelyn Greenwald, Ila Marathe, Qingpeng Lin et Vicki Wysocki de l'État de l'Ohio et Wenjun Xie de l'Université de Floride.

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