De nombreuses bactéries à Gram négatif sont équipées d’un
système de sécrétion de type III (TTSS, type III secretion system),
visible au microscope électronique [1] et capable d’injecter des
protéines dans les cellules humaines. C’est le cas de Shigella
flexneri, l’agent de la dysenterie bacillaire qui tue chaque année
environ 500 000 enfants dans le monde, sa résistance aux
antibiotiques ne cessant d’augmenter.
Les shigelloses
L’agression de la muqueuse intestinale provoque une réaction
inflammatoire intense avec destruction de l’épithélium intestinal,
formation d’abcès dans la muqueuse, œdème sous-muqueux, afflux de
polynucléaires et production de peptides antibactériens contre
lesquels Shigella se protège grâce à un revêtement, le
lipopolysaccharide (LPS), constitué, entre autres, d’unités
répétées d’un polysaccharide, l’antigène O [2].
Cependant, ce manteau moléculaire recouvre l’appareil de sécrétion
TTSS et l’empêche d’entrer en contact avec les cellules du tractus
intestinal. Dans ces conditions, comment Shigella réussit-elle à
attaquer ? C’est cette stratégie quasi militaire que viennent
d’élucider les équipes de Philippe Sansonetti (Institut Pasteur,
Paris, France) et de Christoph M. Tang (Imperial College, Londres,
Royaume-Uni) [3].
À partir d’un modèle de shigellose expérimentale sur iléon de
lapin, des mutants de S. flexneri atténués, ayant perdu des gènes
impliqués dans la biosynthèse du LPS, ont été sélectionnés.
Glycosylation de l’antigène O
Rappelons que le LPS comprend trois régions : une base
lipidique, un noyau interne et une série de sous-unités formant
l’antigène O. Elles sont constituées de tétrasaccharides modifiés
par l’ajout de glucose et/ou d’acétate, selon le sérotype (Figure
1). Parmi les variants atténués, certains étaient incapables de
synthétiser ou de fixer l’antigène O et résistaient donc beaucoup
moins aux peptides antibactériens in vivo. Mais d’autres avaient un
antigène O normal en nombre de sous-unités ; ils avaient toutefois
perdu la capacité de glycosylation (par perte des gènes de l’opéron
Gtr). Quel que soit le sérotype d’origine, ils étaient moins
invasifs et provoquaient une réponse inflammatoire nettement plus
faible, suggérant une insuffisance du système TTSS. Effectivement,
un anticorps monoclonal Ipa B (invasion plasmid antigen), capable
de reconnaître l’extrémité de l’injectisome montrait que celle-ci
était peu présente à la surface de la bactérie chez les mutants
défectifs à la glycosylation. Après avoir envisagé un certain
nombre d’hypothèses et effectué des expériences de restauration de
l’infectiosité, les auteurs ont pu trouver l’explication et
éclairer ainsi l’ingénieuse façon qui permet à la fois à Shigella
d’attaquer et de se protéger. La glycosylation entraîne une
modification de conformation des sous-unités de l’antigène O. Elle
réduit de moitié l’épaisseur de la couche de LPS, ce qui augmente
la capacité de « dégainer » l’injectisome tout en conservant une
protection contre les agents antibactériens (Figure 2). Certes les
souches dépourvues de LPS sont très invasives in vitro grâce à la
capacité de l’injectisome d’accéder directement au contact des
cellules, mais malheureusement pour elles, in vivo, elles sont
incapables de résister aux facteurs antibactériens.
Les auteurs ont pu montrer que ce mécanisme est visible au
microscope électronique après cryofixation : les aiguilles du TTSS
se voient dans la couche de 35 nm environ à la surface de la
bactérie (souches sauvages), tandis qu’elles ne sont pas
perceptibles dans la couche moins compacte et plus épaisse (70 nm)
à la surface des mutants défectifs à la glycosylation.
Figure 1. Structure du lipopolysaccharide (LPS).
Et les autres entérobactéries
À la lumière de cet élégant travail, il convient à présent de
réanalyser le fonctionnement des autres entérobactéries. On sait
que l’aiguille de Salmonella est plus longue que celle de
Shigella.
Escherichia coli possède une protéine (Esp A) qui se polymérise
pour former une extension et allonger l’aiguille de
l’injectisome.
Chez Yersinia (y compris Yersinia pestis), de la longueur de
l’aiguille dépend la translocation de protéines appelées Yop,
capables d’activer la caspase et d’induire l’apoptose des
macrophages. Une récente publication montre que la longueur de
l’aiguille est corrélée à l’adhésine Yad A [4]. Celle-ci, en forme
de sucette, repose sur un cône de longueur variable. Si elle
s’allonge, l’efficacité de l’injectisome diminue. D’une façon plus
générale, l’aiguille doit avoir une longueur minimale suffisante
pour être fonctionnelle [5].
Figure 2. Variation des capacités d’invasion et de résistance
aux agents antibactériens de Shigella en fonction de l’état du LPS.
A. Mutant avec anomalie du LPS. B. LPS non glycosylé. C. LPS
glycosylé permettant à la bactérie normale à la fois d’envahir et
de résister aux agents antimicrobiens.
Conclusions
L’efficacité d’un vaccin dépend de la connaissance des
sérotypes de Shigella. On conçoit donc que la compréhension des
stratégies bactériennes et des signatures moléculaires soit
essentielle pour améliorer l’efficacité des vaccins. Et l’on ne
peut s’empêcher d’admirer l’ingéniosité des bactéries.
Références
1. Tran Van Nhieu G, Cossart P. Détournement de
fonctions cellulaires clés par les bactéries pathogènes. Med Sci
(Paris) 2001 ; 17 : 701-11.
2. Finley BB, Cossard P. Exploitation of mammalian host
cell functions by bacterial pathogens. Science 1997 ; 276 :
718-25.
3. West NP, Sansonetti P, Mounier J, et al. Optimization
of virulence functions through glucosylation of Shigella LPS.
Science 2005 ; 307 : 1313-7.
4. Motta LJ, Journet L, Sorg I, et al. Bacterial
insectisomes : needle length does matter. Science 2005 ; 307 :
1278.
5. Normark S, Nilsson C, Henriques Normark B. A pathogen
attacks while keeping-up defense. Science 2005 ; 307 : 1211-2.
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