04 Sep Attraper un virus par la queue
Un système immunitaire bactérien qui modifie la queue des phages pourrait aider à clarifier un mécanisme d’immunité chez l’homme.
Les bactériophages, souvent appelés simplement phages, sont des virus qui s’attaquent aux bactéries. Ils ont une tête et une queue. La tête contient le matériel génétique du phage et la queue sert à identifier un hôte potentiel, c’est-à-dire une cellule bactérienne dans laquelle il peut injecter son matériel génétique. Une fois l’injection terminée, le phage détourne la machinerie cellulaire de la bactérie et la force à produire de nouveaux phages qui finissent par faire éclater la cellule et infecter d’autres bactéries de la colonie. Dans une nouvelle étude publiée dans Nature, des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences révèlent un système immunitaire bactérien qui déjoue le complot des phages en attachant une petite molécule de protéine à leur queue. Les composants de ce nouveau système immunitaire ont une structure similaire à celle d’un mécanisme immunitaire humain, et ils pourraient contribuer à révéler le fonctionnement de ce mécanisme et l’évolution de notre propre système immunitaire
(de gauche à droite) Dr. Jens Hör and Prof. Rotem Sorek
Les premiers mécanismes de défense antiphage chez les bactéries ont été découverts dans les années 1960, mais seule une poignée de ces mécanismes étaient connus jusqu’à récemment. Le plus célèbre d’entre eux est CRISPR-Cas9, dont la découverte a entraîné une révolution dans l’édition de gènes. Ces dernières années, cependant, une vague de nouvelles découvertes a déferlé sur le domaine, conduisant à la découverte de plus de 150 nouveaux systèmes immunitaires bactériens aux modes d’action variés. Nombre de ces systèmes ont été identifiés à l’aide d’une méthode mise au point par le professeur Rotem Sorek du Département de Génétique Moléculaire de l’Institut Weizmann.
La méthode de M. Sorek repose sur un principe d’une simplicité frappante : les gènes impliqués dans les mécanismes immunitaires bactériens ont tendance à se regrouper dans le génome bactérien, dans des zones connues sous le nom d' »îlots de défense ». Les chercheurs peuvent donc découvrir de nouveaux systèmes immunitaires en examinant des gènes dont la fonction est inconnue et qui sont situés à proximité d’îlots de défense connus. « Dans bon nombre de nos études, nous avons reconnu des composants de systèmes immunitaires bactériens qui nous étaient familiers grâce à des mécanismes immunitaires humains étudiés en profondeur », explique le Prof. Sorek. « Cela suggère que la source évolutive d’une grande partie de notre système immunitaire inné provient des bactéries. Notre nouvelle étude vient étayer cette idée ».
L’ubiquitine sur les épaules des géants
Dans les années 1970, des scientifiques ont découvert un système de contrôle cellulaire capable de modifier la structure et le rôle des protéines, ainsi que leur durée de vie, en y attachant une petite protéine appelée ubiquitine. Depuis la découverte de l’ubiquitine – pour laquelle les professeurs Aaron Ciechanover, Avram Hershko et Irwin Rose ont reçu le prix Nobel de chimie en 2004 – d’autres scientifiques ont mis en évidence de nombreux systèmes similaires, dans lesquels des enzymes attachent diverses petites protéines à la protéine cible, modifiant ainsi son destin.
Dans cette nouvelle étude, des chercheurs dirigés par le Dr Jens Hör du laboratoire du Prof. Sorek ont découvert un nouveau système immunitaire bactérien qui contient une protéine de type ubiquitine dont la structure est similaire à celle d’ISG15, l’une des protéines les plus mystérieuses du système immunitaire humain. ISG15 joue un rôle dans la défense contre différents virus, tels que la grippe et le VIH, mais la manière dont elle s’acquitte de sa tâche n’est pas tout à fait claire.
Le Dr. Hör et ses collègues ont constaté que, contrairement à d’autres systèmes immunitaires bactériens, le système qu’ils ont découvert n’empêchait pas les virus de détourner la cellule et de créer des copies d’eux-mêmes : Les bactéries qui codent pour ce système immunitaire, une fois infectées, meurent et produisent une nouvelle descendance virale. Mais ces virus étaient « stériles », c’est-à-dire qu’ils ne pouvaient pas infecter d’autres bactéries, ce qui a amené les chercheurs à conclure que le nouveau système immunitaire était en quelque sorte capable d’empêcher le virus de se propager à d’autres cellules de la colonie.
Vue au microscope électronique de phages dupliqués à l’intérieur de cellules bactériennes qui possèdent le système immunitaire découvert dans la nouvelle étude. Ce système immunitaire attache une protéine de type ubiquitine (indiquée par des points noirs et des flèches blanches) à la queue de ces phages, les empêchant ainsi d’infecter d’autres cellules bactériennes.
Pour comprendre comment les virus dupliqués perdent leur capacité à infecter d’autres cellules et quel rôle joue le nouveau système immunitaire bactérien, l’équipe de recherche du Prof. Sorek s’est associée au Dr Sharon Wolf, chef de l’unité de microscopie électronique du département de soutien à la recherche chimique de Weizmann. Les chercheurs ont marqué la protéine de type ubiquitine au cœur du nouveau système immunitaire avec des particules d’or clairement visibles au microscope.
Lorsqu’ils ont examiné les images des phages dupliqués, ils ont été stupéfaits : La protéine marquée se situait à l’extrémité de la queue virale, empêchant les phages d’utiliser leur queue pour localiser et infecter de nouvelles cellules bactériennes. Les chercheurs pensent que ce nouveau système immunitaire est capable de reconnaître la structure tridimensionnelle de la queue virale, ce qui lui permet d’agir efficacement contre une grande variété de phages, pour autant qu’ils aient des queues de structure similaire
« Nous espérons que notre découverte chez les bactéries incitera les chercheurs qui étudient le système immunitaire humain à examiner si un principe similaire s’applique à la protéine immunitaire humaine ISG15. Les virus qui attaquent l’homme n’ont peut-être pas de queue, mais il est possible que les défenses humaines agissent également en perturbant une protéine structurelle clé du virus », explique le Prof. Sorek. « Le système immunitaire que nous avons exploré dans cette étude n’est qu’un des nombreux systèmes contenant des protéines de type ubiquitine que nous avons identifiés dans le génome bactérien. Il reste maintenant à voir comment ces autres systèmes combattent leurs vieux ennemis, les virus. »
La Science en Chiffres
Plus de 95 % des phages actuellement connus de la science ont une queue qu’ils utilisent pour identifier les cellules bactériennes et y injecter du matériel génétique viral.
