Les bactéries combattent les virus avec une protéine comme l’une des nôtres

Les vertébrés comme nous dépendent d’un système immunitaire complexe à plusieurs couches pour limiter l’impact des agents pathogènes. Les cellules B et T spécialisées jouent un rôle central en reconnaissant des agents pathogènes spécifiques et en fournissant une mémoire des infections passées.

Évidemment, les organismes unicellulaires comme les bactéries et les archées ne peuvent pas adopter la même approche. Mais cela ne veut pas dire qu’ils sont sans défense. Ils ont également un système de défense adaptatif qui conserve une mémoire des infections passées (et constitue un excellent outil d’édition de gènes). Maintenant, les chercheurs ont découvert qu’une famille de protéines apparentées est utilisée pour combattre les virus dans des organismes allant des bactéries aux humains. Bien que les effets qu’il déclenche varient selon les organismes, il semble être capable de reconnaître un large éventail de virus.

Trouver des membres de la famille

Les mammifères possèdent une famille de protéines immunitaires appelées STAND (pour des raisons qui n’ont pas d’importance) qui font partie de ce qu’on appelle le système immunitaire inné. Ce bras de notre système immunitaire ne reconnaît pas les agents pathogènes spécifiques ; au lieu de cela, il reconnaît les caractéristiques générales de l’infection, telles que les molécules qui se trouvent à la surface de la plupart des bactéries.

Les protéines STAND ont toutes une structure similaire : une partie qui reconnaît les agents pathogènes, une partie qui se lie à une molécule qui fournit de l’énergie appelée ATP et une partie qui permet à la protéine de déclencher une réponse. Comme cela est typique du système immunitaire inné, ceux-ci peuvent reconnaître des caractéristiques typiques d’une infection, telles que des parties de la paroi cellulaire bactérienne ou de l’ARN double brin. Une fois qu’elles reconnaissent quelque chose, les protéines STAND s’agrègent et déclenchent une réponse, telle qu’une inflammation, pour induire la mort de la cellule infectée.

Les protéines STAND sont si essentielles à l’immunité qu’elles ont été trouvées dans tout le règne animal, dans les plantes et dans les champignons. La façon générale dont ils réagissent aux infections semble avoir une histoire évolutive profonde.

Quelle est la profondeur? La nouvelle recherche est basée sur le fait que des gènes qui ressemblent à ceux qui codent pour les protéines STAND de mammifères sont apparus dans de nombreux génomes bactériens, y compris des bactéries familières comme E. coli et Salmonelle. Ainsi, une équipe de chercheurs a décidé de tester s’ils pouvaient fonctionner de la même manière.

Nouvel organisme, effet similaire

Les chercheurs ont montré que l’ajout de copies supplémentaires des gènes STAND aux bactéries leur permettait de résister plus efficacement aux infections virales. Cela a fonctionné parce que les bactéries infectées sont mortes, plutôt que de vivre assez longtemps pour produire de nouvelles particules virales. Cela s’est avéré être un outil utile. Les chercheurs ont ajouté des gènes individuels du virus avec les gènes STAND et ont recherché les combinaisons qui ont provoqué la mort des bactéries. Certaines des protéines STAND ont reconnu un composant clé de l’enveloppe du virus, tuant la cellule ; d’autres ont reconnu le moteur qui emballe l’ADN à l’intérieur du virus.

Ils ont ensuite vérifié les protéines équivalentes d’une gamme variée de virus apparentés et ont montré que les protéines STAND pouvaient en reconnaître la plupart. Bien que toutes ces protéines forment une structure similaire dans un espace tridimensionnel, les acides aminés individuels de cette structure sont assez différents. Cela suggère donc que les protéines STAND reconnaissent la forme de la structure, leur permettant de se défendre contre une vaste gamme de virus.

D’autres travaux ont montré qu’une fois la protéine virale reconnue, les protéines STAND s’agrégeaient par groupes de quatre. Cela les a activés en tant qu’enzymes, à quel point ils ont commencé à digérer l’ADN double brin, ce qui expliquait bien l’effet létal sur les bactéries. Mais cela ne s’est pas avéré être le seul moyen de bloquer les infections virales. Une recherche dans les génomes bactériens a montré que certaines protéines mâchaient, tandis que d’autres semblaient rester ancrées dans la membrane cellulaire. Dans l’ensemble, les chercheurs ont trouvé 18 façons distinctes dont les protéines STAND pourraient inhiber l’activité du virus.

Et les protéines semblent fonctionner dans une vaste gamme d’espèces. En examinant les génomes bactériens et archéens, environ 5 % d’entre eux contiennent une forme de protéine STAND.

Pas toutes de bonnes nouvelles

Malheureusement, les bactéries ne sont pas les seules à évoluer. Les chercheurs ont également vérifié les gènes viraux qui codent pour les protéines qui gênent les protéines STAND. Et, dans des nouvelles qui devraient décevoir tout le monde et ne surprendre personne, ils les ont trouvés. Ainsi, même lorsque les gènes viraux induisaient normalement STAND à tuer les cellules, ces inhibiteurs de STAND permettaient aux cellules de continuer à se développer. Comment ils parviennent à bloquer ces gènes n’est pas clair à ce stade.

L’autre grande question qui reste est de savoir comment les protéines STAND sont devenues une partie de la réponse immunitaire dans une si vaste gamme d’organismes. Une possibilité est qu’ils soient anciens et qu’ils aient simplement été hérités d’un ancêtre commun par toutes les branches de la vie. Mais cela ne correspond pas très bien aux données. Si vous créez un arbre de protéines STAND en fonction de leur parenté, cela ne correspond pas à l’arbre des organismes dans lesquels elles se trouvent. En d’autres termes, si vous recherchez la protéine STAND la plus étroitement liée à celle de E. colivous pourriez le trouver dans une bactérie qui n’est pas étroitement liée à E. coli.

C’est une caractéristique du transfert horizontal de gènes, où des gènes entiers sont mélangés d’une espèce à une autre. Ainsi, il est également possible que les protéines STAND aient évolué dans des organismes plus complexes, mais aient été captées par des bactéries par transfert horizontal de gènes, puis se soient propagées par le même processus. À ce stade, aucune donnée ne nous permet de déterminer laquelle des explications possibles de la large diffusion des protéines STAND est susceptible d’en être la cause.

La science2022. DOI : 10.1126/science.abm4096 (À propos des DOI).

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