Systèmes à deux composants et virulence de Y. pseudotuberculosis
Y. pseudotuberculosis colonise de multiples écosystèmes, notamment l'intestin (jonction iléocaecale) de l'homme et de nombreux animaux, dans lequel elle induit des lésions. Son adaptation très rapide, face à un environnement changeant et le plus souvent hostile, est cruciale pour sa survie. A cette fin, différentes voies permettent aux bactéries d'interagir avec des signaux extérieurs. L'une des plus efficaces met en jeu des systèmes à deux composants. Le prototype est constitué d'une histidine kinase membranaire percevant des variations environnementales, qui est couplée à un régulateur de réponse cytoplasmique capable d'intervenir sur la transcription d'un ensemble de gènes cibles dénommé régulon. Après perception du stimulus, le capteur s'auto-phosphoryle et transfère ensuite le groupement phosphate vers le régulateur de réponse associé. Cette réaction induit une réponse cellulaire : deux protéines bactériennes créent donc un circuit assurant la conversion d'un signal extérieur de danger en une transcription génique adaptée.
L'analyse in silico du génome de Y. pseudotuberculosis a révélé la présence de vingt-quatre systèmes de régulation à deux composants ainsi que d'un capteur et de trois régulateurs orphelins, c'est-à-dire sans partenaire. Après inactivation, par génétique inverse, de chacun des régulateurs, de réponse appartenant aux systèmes complets, nous avons entrepris de déterminer la capacité des vingt-quatre mutants obtenus à survivre in vitro face à des stress rencontrés par la bactérie dans le tube digestif. Huit présentent un niveau de résistance à un pH acide et/ou une pression osmotique élevée, un stress oxydatif, la présence de bile ou de peptides anti-microbiens différent de la souche sauvage. Toutefois, seuls quatre sont moins virulents per os pour la souris : phoP, rstA-like, yfhA-like et surtout ompR. Dans les limites de nos modèles d'étude, un nombre restreint de systèmes à deux composants semble donc contrôler la virulence de Y. pseudotuberculosis. La caractérisation de leur régulon devrait mettre au jour des gènes impliqués dans le pouvoir pathogène bactérien méconnus jusqu'alors.
Interactions de Y. pseudotuberculosis avec les peptides anti-microbiens in vitro
Des peptides constitués d'une quarantaine d'acides aminés jouent un rôle important dans la réponse anti-infectieuse innée des organismes multicellulaires, animaux comme végétaux. Chez les vertébrés supérieurs, ces peptides anti-microbiens sont localisés essentiellement à l'intérieur des phagocytes ou dans les produits de sécrétion des muqueuses digestive, respiratoire et génitale. Les peptides anti-microbiens présentent trois propriétés fondamentales : une charge cationique, un caractère amphipatique et une absence de toxicité relative vis-à-vis des cellules eucaryotes. Selon toute vraisemblance, ils seraient capables d'interagir par leur pôle hydrophobe avec les membranes bactériennes, et de s'insérer dans la bicouche lipidique pour former des canaux ioniques dits "voltage-dépendants" qui, en permettant la fuite de petits ions, provoqueraient l'asphyxie de la cellule par inactivation de son potentiel membranaire. A ce jour, plusieurs centaines de peptides anti-microbiens ont été isolés et rassemblés, en fonction de leur structure, dans trois grandes classes ou familles.
Y. pestis et Y. pseudotuberculosis se distinguent des autres bactéries à Gram négatif par leur remarquable tolérance vis-à-vis d'une gamme très étendue de peptides anti-microbiens. Cette résistance n'est pas constitutive, mais induite par de très nombreuses conditions environnementales : acidité, teneur en calcium, magnésium, température ou encore, le peptide anti-microbien. La variété de ces stimuli ainsi que les réponses distinctes qu'ils induisent ont suggéré l'existence de mécanismes aussi nombreux que diversifiés, mais de contributions vraisemblablement inégales. Le premier à avoir été caractérisé dans notre laboratoire implique un opéron de sept phases codantes, l'opéron pmR, présentant un haut degré de similitude avec celui de Salmonella typhimurium. Conformément à nos données d'analyse obtenues par spectrométrie de masse MALDI-TOF, le rôle de cet opéron semble identique chez Yersinia et Salmonella : il permet la neutralisation des charges négatives portées par le lipide A du lipopolysaccharide (LPS) par l'ajout d'un sucre, le 4-amino-arabinose, et permet donc de minimiser les interactions électrostatiques initiales entre la bactérie et plusieurs classes de peptides anti-microbiens. Chez Salmonella typhimurium, il a été montré que l'adaptation du niveau transcriptionnel de l'opéron pmrF résulte d'une cascade de régulation impliquant successivement deux systèmes de transduction du signal (systèmes à deux composants), PhoP-PhoQ et PmrA-PmrB. Chez Y. pseudotuberculosis, le premier de ces systèmes contrôle directement l'expression de l'opéron, indépendamment du second qui ne semble pas intervenir dans ce processus de régulation. Ainsi, pour un gène donné, même répandu dans le règne bactérien, il pourrait exister, d'une bactérie à l'autre, une diversité dans le mode de régulation, imposée, au cours de l'évolution, par la nécessité d'optimiser les mécanismes d'adaptation de la bactérie à des environnements différents.
Ilot de pathogénicité des Yersinia
Les îlots génomiques bactériens sont des éléments génétiques transmis latéralement entre microorganismes pylogénétiquement distants. Leur origine exogène est notamment illustrée par un GC% et un usage des codons différents de ceux du chromosome bactérien, ainsi que par la présence de gènes impliqués dans la mobilisation de l'ADN. Parmi les îlots génomiques, les îlots de pathogénicité véhiculent plus particulièrement des gènes de virulence dont la dissémination favorise l'émergence de nouvelles espèces pathogènes. Bien que des îlots homologues aient été identifiés chez des espèces éloignées (tel l'îlot HPI [High Pathogenicity Island] de Yersinia qui a été retrouvé chez plusieurs autres espèces d'entérobactéries), il n'a jamais été possible d'orienter et reconstituer leur transfert inter-bactérien.
Nous avons découvert chez Y. pseudotuberculosis un locus chromosomique de 11 gènes (pilLMNOPQURSUVW) organisés en opéron, impliqués dans la biogenèse de pili de type IV. Il n'est présent que chez environ 40% des souches de l'espèce et son GC% est plus élevé que le reste du chromosome. Le locus pil est porté par un îlot de pathogénicité de 98 kilobases que nous avons appelés YAPI (Yersinia Adhesion Pathogenicity Island) car il n'arbore pas d'autres gènes de virulence que ceux codant les pili de type IV. La détection d'un îlot apparenté chez Y. enterocolitica et Salmonella enterica (SPI-7) nous a suggéré que ces bactéries, qui partagent un même habitat, se seraient transmises l'élément génétique au cours de l'évolution. Nous avons pu ordonner, par une étude génométrique, le transfert génétique au sein de ces entérobactéries : Salmonella a transmis YAPI à Yersinia, avant sa spéciation. Présent chez Y. enterocolitica, YAPI est en revanche absent du génome de Y. pestis, espèce ayant récemment émergée à partir de Y. pseudotuberculosis : cette absence est la conséquence de la perte de l'îlot, événement antérieur à la séparation des deux bactéries. Par ailleurs, l'étude génotypique d'une collection de 270 souches de Y. psedotuberculosis a révélé une liaison très forte du locus pil avec ypm, le gène codant la toxine superantigénique. Les pili de type IV servant souvent de récepteurs de phages, les souches produisant YPM auraient émergé selon le scénario suivant : l'ancêtre des Yersinia aurait acquis l'îlot de pathogénicité YAPI portant l'opéron pil puis, après la spéciation, Y. pseudotuberculosis aurait été infecté par un phage (filamenteux) tempéré véhiculant ypm. |
