Des structures bactériennes de type seringue à l'échelle nanométrique pourraient être utilisées pour administrer de nouveaux médicaments

En grattant les vers tubicoles du fond des bateaux dans le port de San Diego pour les étudier, Des chercheurs de l'Université d'État de San Diego ont découvert qu'une bactérie bénéfique qui les aide à établir des colonies pourrait également être une aubaine pour la santé humaine, parce que le même processus pourrait déjà avoir lieu dans l'intestin humain.

En examinant cette bactérie qui provoque la métamorphose chez l'humble ver tubicole, les microbiologistes marins du SDSU ont découvert que les structures nanométriques ressemblant à des seringues qu'il produit - une structure surnommée l'étoile de la mort pour l'effet qu'elle a - pourraient être utilisées à l'avenir pour administrer de nouvelles thérapies ou vaccins à des cellules et tissus ciblés chez l'homme.

Vers tubicoles ( Hydroides elegans ) sont de minuscules créatures marines à carapace dure qui causent beaucoup de problèmes et de pertes économiques aux propriétaires de bateaux et de navires. Ils collent au fond des bateaux et forment des couches croustillantes de quelques centimètres d'épaisseur, et attirent également d'autres invertébrés comme les balanes qui se forment ensuite sur eux. Ce que l'on appelle le « biofouling » entraîne un poids supplémentaire et une consommation de carburant plus élevée. Donc, tout le monde, de la marine américaine à l'industrie du transport maritime et de la construction de bateaux, souhaite savoir comment ils procèdent et ce qui peut être fait pour éviter que cela ne se produise.

La recherche marine a mené à des découvertes importantes

Nicholas Shikuma avec SDSU étudie les vers tubicoles depuis plusieurs années avec les étudiants de son laboratoire, comprendre exactement pourquoi ils sont attirés par certains endroits de l'océan où ils établissent des colonies.

Des recherches antérieures menées par d'autres ont montré que, comme les récifs coralliens, oursins et ascidies, les vers tubicoles avaient également besoin d'un environnement propice à la reproduction, ils gravitaient donc généralement vers des zones avec des populations saines de bactéries comme Pseudoalteromonas , une bactérie bénéfique. Shikuma a découvert que la bactérie possède des structures contractiles associées à la métamorphose (MAC) - des structures en forme de seringue qui injectent du contenu dans les larves de vers tubicoles, aidant à le transformer en vers juvéniles.

Ce que lui et ses collègues scientifiques ne savaient pas, c'était si les MAC injectaient un produit biochimique dans le ver tubicole pour provoquer la métamorphose et coller aux coques des bateaux. Le laboratoire de Shikuma a utilisé l'imagerie par tomographie cryoélectronique pour étudier les structures et a trouvé des réseaux de systèmes d'injection en forme d'étoile de la mort, qui sont libérés par la bactérie.

Ils ont découvert que les structures de la seringue contenaient une nouvelle protéine effectrice, Mif1, qui régule l'activité biologique chez l'hôte du ver tubicole, et c'est cette protéine qui est responsable de la métamorphose.

De nombreux agents pathogènes produisent ces structures de seringues qui provoquent généralement des maladies. Mais c'est la première fois que nous découvrons des bactéries qui utilisent la seringue à des fins symbiotiques."

Nicolas Shikuma, SDSU

Voler des seringues aux phages, mais pour la bonne cause

Les MAC ressemblent à des structures de seringues similaires trouvées sur les bactériophages - des virus qui infectent les bactéries - et avec l'évolution, les bactéries ont « volé » cette structure aux phages, et en ont fait bon usage.

"Les phages attaquent généralement les bactéries avec ces structures, mais au lieu de l'utiliser pour infecter d'autres bactéries, les Pseudoalteromonas l'utilise maintenant pour interagir avec d'autres animaux, comme les vers tubicoles, insectes, et des cellules de souris, " dit Shikuma.

"Les MAC sont créés lorsque les bactéries subissent une lyse cellulaire - lorsque les cellules explosent - et les bactéries qui le font meurent ensuite, donc c'est presque comme de l'altruisme parce que cela profite au reste de la population bactérienne."

Toutes les bactéries de cette souche ne produisent pas les MAC, seulement environ un sur 50 le fait, mais puisque nous pouvons produire des milliards de ces bactéries, l'approvisionnement ne sera pas un problème et un plus grand nombre d'entre eux peuvent être conçus pour produire des MAC, il expliqua.

Les résultats seront publiés le 17 septembre dans eLife journal, et suivre les traces d'une récente publication du laboratoire de Shikuma qui a été publiée dans Rapports de cellule en juin de cette année, qui a examiné comment cette bactérie interagit in vitro avec des cellules d'insectes et de souris. Cet article montrait comment les structures des seringues microscopiques pouvaient être modifiées avec des charges utiles pouvant potentiellement transporter des produits thérapeutiques ou des vaccins.

Shikuma a obtenu un brevet provisoire pour les découvertes des deux articles, sur l'utilisation des MAC pour délivrer des protéines modifiées. Comme prochaine étape, les recherches actuelles dans son laboratoire impliquent l'extraction de données du Human Microbiome Project pour voir si nous, les humains, avons cette même structure de seringue bactérienne dans nos intestins qui peut être exploitée à des fins thérapeutiques.

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