Les porines, futures cibles dans la lutte contre les biofilms ?

Une équipe a mis en lumière le fait que certaines bactéries forment des communautés flottantes, au sein desquelles elles sont en contact. Les porines, des protéines responsables dans ces interactions, seraient à l'origine de la formation des biofilms.

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Les porines, futures cibles dans la lutte contre les biofilms ?
Les biofilms peuvent s'établir sur les surfaces d'équipements industriels.

Avant de constituer des biofilms, la bactérie Providencia stuartii forme des communautés flottantes dans lesquelles les cellules sont en contact direct. Des liaisons entre certaines protéines membranaires permettent aux cellules de s'arrimer les unes aux autres, et peut-être même de communiquer directement entre elles, comme viennent de le montrer des chercheurs de l'Institut de biologie structurale de Grenoble, de l'université de la Méditerranée à Marseille et de l'Université Jacobs à Brême (Allemagne). S'attaquer à ces jonctions pourrait permettre de combattre la formation de ces communautés multicellulaires.

Sur Terre, des biofilms bactériens peuvent se former dans presque tous les environnements. Il s'agit de bactéries regroupées en amas structurés, attachés à une surface et enrobés dans une matrice protectrice. Cette dernière, composée notamment de sucres et de fibres amyloïdes, permet aux bactéries de survivre dans un environnement hostile. Les biofilms peuvent se développer sur des surfaces de tout type : minérales, végétales ou animales (surfaces dentaires, muqueuses, etc.). Le plus souvent inoffensifs, ils jouent un rôle important dans la plupart des écosystèmes, en participant par exemple au cycle du carbone. Le problème, c'est que ces communautés bactériennes peuvent aussi s'établir sur les surfaces d'équipements industriels ou médicaux, tels que cathéters veineux, sondes urinaires ou tubes de ventilation artificielle, où ils sont très difficiles à éliminer. Ils peuvent alors être responsables d'infections, majoritairement chez des personnes immunocompromises. Jacques-Philippe Colletier, chercheur à l'Institut de biologie structurale de Grenoble, et ses collègues se sont penchés sur la bactérie pathogène P. stuartii. Cette dernière, « pas épidémique, mais plutôt endémique de certains lieux comme les hôpitaux », indique Jacques-Philippe Colletier, peut causer des infections des voies urinaires, notamment chez les personnes porteuses d'un cathéter depuis longtemps.

Des jonctions fortes et communicantes

L'équipe a observé que la bactérie formait des communautés flottantes avant de développer une matrice et de sédimenter pour former un biofilm. Dans ces communautés flottantes, les cellules sont en contact étroit les unes avec les autres. Il restait cependant à savoir par quel mécanisme ces communautés flottantes étaient assemblées. « Comme les porines sont les protéines les plus nombreuses sur la membrane externe des bactéries dites à Gram négatif, auxquelles appartient P. stuartii, nous avons émis l'hypothèse qu'elles jouent un rôle dans les jonctions intercellulaires », explique Jacques-Philippe Colletier.

Les porines sont des protéines de transport formant des canaux emplis d'eau qui laissent passer de petites molécules à travers la membrane des cellules. Les chercheurs ont déterminé la structure des deux types de porines de P. stuartii au niveau atomique et ont constaté qu'elles présentaient une architecture commune. Elles forment des assemblages de deux trimères de porines (DOTs, pour « dimers of trimers ») face à face, par leurs boucles extracellulaires. La jonction est rendue possible par des segments identiques, qui s'associent en une interaction de type « steric zipper ». Il s'agit d'une liaison sur le principe d'une fermeture éclair, en interdigitation. « Une fois [la liaison, N.D.L.R.] formée entre plusieurs copies de la protéine d'intérêt, il devient très difficile de rompre ce type de liaison. Jusqu'à maintenant, ce type d'interaction a été observé uniquement chez des prions et dans des fibres amyloïdes, pas au sein des protéines membranaires », précise Jacques-Philippe Colletier.

Afin de vérifier que les porines étaient capables de former ces jonctions « in vitro », les chercheurs en ont inséré dans des liposomes, qui constituent de simples membranes. Les liposomes se sont agrégés. L'équipe a aussi fait exprimer les porines de P. stuartii à des cellules d'une souche d'E. coli qui n'exprime pas de porines et ne forme ni biofilms ni communautés flottantes. Cela leur a conféré la possibilité de former des communautés flottantes. Mais ce n'est pas tout : l'équipe a aussi découvert que les canaux des porines qui se font face demeurent ouverts au sein de ces assemblages supra-cellulaires, ce qui suggère qu'ils permettent une communication chimique directe entre deux cellules adjacentes. « C'est un contact hallucinant, tout ce qui se trouve dans le périplasme [l'espace entre les deux membranes] de l'une peut passer dans le périplasme de l'autre », s'exclame Jacques-Philippe Colletier. Cette découverte fait des porines des cibles intéressantes dans la lutte contre le développement de biofilms. L'idée serait de mettre au point des molécules qui ciblent les interactions porine/porine, en se fixant sur une porine pour l'empêcher de s'associer à une autre. La création de telles molécules n'est cependant pas aisée : la suite dans quelques années ?

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