Comme les humains, les bactéries possèdent divers systèmes immunitaires pour se défendre contre les agents pathogènes tels que les virus. Ces systèmes immunitaires dégradent généralement le ADN des agents pathogènes pour le rendre inoffensif. Dans le groupe de recherche du professeur adjoint Daan Swarts du laboratoire de biochimie de l’université de Wageningen & ; Research, un système immunitaire entièrement nouveau qui utilise un autre mécanisme pour neutraliser les envahisseurs a été découvert. Les résultats sont publiés dans la revue scientifique Cellule.
Une course aux armements se déroule en permanence au cœur de notre corps. D’une part, les virus cherchent sans cesse de nouveaux moyens de pénétrer dans nos cellules, et d’autre part, notre corps développe sans cesse de meilleurs mécanismes de défense pour éliminer ces virus. C’est ainsi que la maladie et la santé sont généralement maintenues en équilibre. La même course aux armements est menée entre les bactéries et leurs “envahisseurs” pathogènes : les virus et les plasmides.
Dans un article publié dans la revue scientifique CelluleBel Koopal, doctorant du groupe de recherche de Daan Swarts, décrit un nouveau mécanisme de défense dans cette course aux armements. Les scientifiques démontrent qu’un nouveau type de “protéines Argonaute” bactériennes, après avoir détecté l’ADN envahissant, décompose délibérément toutes les molécules portant le nom éloquent de . nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+).
Représentation schématique du mécanisme, de la fonction et de l’application des systèmes procaryotes courts Argonaute/TIR-APAZ (SPARTA). Crédit : Université de Wageningen & ; Recherche
Fermeture complète d’une cellule
Les protéines Argonautes sont présentes dans les organismes multicellulaires comme les plantes et les humains, mais aussi dans les organismes unicellulaires comme les bactéries. Ces Argonautes sont programmés avec un petit brin de “guide”. ARNou d’un “ADN guide” pour trouver l’ARN ou l’ADN envahissant ayant la même séquence. Dans la plupart des cas, l’intrus est ensuite détruit en le découpant en morceaux plus petits et inoffensifs. Bien que la protéine Argonaute étudiée par Swarts utilise également l’ARN guide, elle se défend par une approche fondamentalement différente : après avoir détecté l’ADN invasif, elle arrête complètement la cellule en décomposant le NAD+.
La cellule infectée périt
Le NAD+ a une fonction cruciale dans le métabolisme des cellules et maintient le moteur proverbial en marche, ce qui permet à la cellule de continuer à exister. “Sans le NAD+la cellule finit par mourir”, explique M. Swarts. “Cela peut sembler contradictoire, mais c’est exactement ce qui est censé se produire. En laissant mourir la cellule infectée, l’envahisseur ne peut pas se propager ou se transmettre aux bactéries voisines. La cellule bactérienne est ‘sacrifiée’ afin de sauver d’autres cellules saines.”
Bactéries avancées
Ce système immunitaire a été trouvé dans différentes espèces de bactéries. Swarts n’était pas surpris que ces organismes unicellulaires possèdent des mécanismes de défense aussi complexes. “Les gens sous-estiment souvent les capacités des bactéries”, dit-il. “Peu importe la taille des bactéries, leur système immunitaire évolue depuis des millions d’années et devient de plus en plus avancé. Ils sont obligés, car les virus sont souvent très sophistiqués aussi.”
“Dans le futur, nous pourrions être en mesure de détecter des maladies dans le corps humain en utilisant ce type d’outils génétiques”.
– Daan Swarts
Swarts, Koopal et leurs collègues ont mené cette recherche principalement à partir d’un désir scientifique de comprendre les mécanismes des protéines Argonaute. Cependant, Swarts pense que ces nouvelles connaissances auront également des applications pratiques à long terme. Par exemple, le groupe de recherche a démontré que le système immunitaire peut être isolé et ensuite reprogrammé avec un brin d’ARN guide de son choix. Comme le NAD+ peut être facilement détectée, la protéine Argonaute peut être utilisée pour reconnaître des séquences d’ADN spécifiques sur commande. “À l’avenir, nous pourrions être en mesure de détecter des maladies dans le corps humain en utilisant ce type d’outils génétiques”, se projette Swarts. “Mais nous n’en sommes pas encore là. Pour l’instant, nous sommes motivés par une curiosité fondamentale.”
Référence : “Les systèmes Argonaute procaryotes courts déclenchent la mort cellulaire lors de la détection d’ADN envahissant” par Balwina Koopal, Ana Potocnik, Sumanth K. Mutte, Cristian Aparicio-Maldonado, Simon Lindhoud, Jacques J.M. Vervoort, Stan J.J. Brouns et Daan C. Swarts, 4 avril 2022,Cellule.
DOI: 10.1016/j.cell.2022.03.012
