Les chercheurs de l'USP ont découvert 45 nouvelles toxines produites par des bactéries du genre Salmonella, qui abrite des espèces associées aux infections alimentaires. Les travaux, menés au Centre de recherche en biologie des bactéries et des bactériophages (Cepid B3) et publiés dans un article de la revue Plos Biology, montrent que ces substances agissent principalement dans la compétition entre les micro-organismes pour l'espace et les ressources et indiquent qu'elles pourraient, à l'avenir, inspirer le développement de nouveaux antibiotiques, des études approfondies avec l'homme et des applications biotechnologiques.
Pour étudier l’arsenal microscopique utilisé par l’agent pathogène, l’équipe a analysé les données génétiques de Salmonella et de son système de sécrétion de type VI (T6SS), un système en forme de lance utilisé par la bactérie pour injecter des effecteurs – des molécules, telles que des toxines, qui interfèrent avec le fonctionnement d’autres cellules – dans l’environnement ou directement dans des micro-organismes concurrents. Les recherches ont été effectuées à l'aide d'outils informatiques qui ont analysé le matériel génétique de 6 165 échantillons de 149 types différents (sérotypes) de la sous-espèce Salmonella enterica, permettant d'identifier d'éventuelles toxines, de comparer les séquences entre différentes bactéries et de déduire leurs fonctions sur la base de similitudes avec des protéines déjà connues.
Au total, 128 types de toxines ont été identifiés, dont 45 sont très différentes des toxines connues ou n'ont jamais été décrites par la science. « Ce résultat implique que la diversité dans le monde des toxines et antitoxines bactériennes est très élevée, avec de nouvelles variétés émergentes ou s'écartant radicalement des variantes apparentées déjà connues », explique Robson Francisco de Souza, chef du groupe de bioinformatique du Laboratoire de structure et d'évolution des protéines Cepid B3 et l'un des auteurs de l'étude. Cepid B3 est basé à l'Institut des sciences biomédicales (ICB) et à l'Institut de chimie (IQ) de l'USP.
Les molécules identifiées peuvent agir de différentes manières : certaines visent à entrer en compétition avec d’autres bactéries, tandis que d’autres ont le potentiel d’affecter les cellules eucaryotes, comme les champignons, les levures, les algues et même les mammifères. « Il est possible que certains d'entre eux jouent un rôle direct dans les infections chez l'homme, mais, pour confirmer cette hypothèse, il faudrait voir quelle lignée porte les gènes contre les eucaryotes et évaluer expérimentalement l'effet sur les cellules et l'infection », souligne le chercheur.
« Course aux armements » entre bactéries
Le scénario de diversité se reflète également dans la répartition des effecteurs découverts parmi les différents groupes de Salmonella. L'article montre que chacun de ces groupes présente sa propre combinaison de molécules sécrétées par le T6SS. Cela indique que les bactéries sélectionnent et maintiennent des effecteurs spécifiques en fonction des pressions de l'environnement dans lequel elles vivent. « L'évolution de ces systèmes et cette diversité sont stimulées à la fois par la recombinaison de gènes, qui se produit fréquemment pour générer et activer de nouvelles toxines, et par la sélection naturelle qui, dans un scénario de conflit biologique, entraîne une 'course aux armements' entre bactéries », explique Souza.
Les données indiquent également que les sous-groupes de Salmonella collectés dans les milieux naturels ont tendance à présenter un plus grand nombre d'effecteurs que ceux provenant de patients, ce qui suggère que la diversité des toxines augmente dans des contextes comportant une plus grande variété de concurrents. « Cela se produit parce que, à mesure que de nouveaux défis et adversaires émergent, le micro-organisme doit développer de nouveaux outils pour se démarquer dans ces conflits pour les ressources », explique le chercheur.
Selon le chercheur, les résultats devraient contribuer à la compréhension des stratégies de compétition bactérienne et ouvrir la voie à de nouvelles applications cliniques et biotechnologiques. « Nous pourrions même avoir des applications que nous ne pouvons même pas encore anticiper », prédit Souza. « Nous le croyons parce que, par exemple, certains de nos travaux antérieurs ont déjà démontré que des protéines importantes chez les eucaryotes provenaient de toxines bactériennes », ajoute-t-il, soulignant le potentiel de ces composés dans différents contextes biologiques.
Souza souligne que le champ est encore loin d'être épuisé. « Les bactéries telles que Salmonella, Acinetobacter et d'autres organismes offrent encore des possibilités de comprendre le rôle de ces toxines dans les interactions écologiques », explique-t-il. « Nous continuons à investir dans le développement de logiciels et de pipelines pour automatiser ce type d'analyse et étendre l'investigation à de nouvelles lignées, telles que les archées et les bactéries moins connues, qui représentent encore plus d'opportunités pour ce type de découverte », conclut-il.
(Avec des informations du Jornal da USP)
