Des scientifiques découvrent un petit ARN qui régule l’infection bactérienne

Mais les bactéries peuvent parfois changer de comportement et pénétrer dans la circulation sanguine, provoquant des infections localisées chroniques qui deviennent aiguës et potentiellement mortelles. Malgré des décennies d’étude de la transition dans des environnements de laboratoire, comment et pourquoi le changement se produit chez l’homme est resté inconnu.

Cependant, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont identifié le principal mécanisme derrière la transition entre chronique et aiguë. P. aeruginosa infections. Marvin Whiteley – professeur à l’École des sciences biologiques et titulaire de la chaire Bennie H. et Nelson D. Abell en biologie moléculaire et cellulaire – et Pengbo Cao, chercheur postdoctoral au laboratoire de Whiteley, ont découvert un gène qui commande l’interrupteur. En mesurant l’expression des gènes bactériens dans des échantillons de tissus humains, les chercheurs ont identifié un biomarqueur de la transition.

Les résultats de leurs recherches, publiés dans Naturepeuvent éclairer le développement de futurs traitements pour les infections aiguës potentiellement mortelles.

Selon Whiteley et Cao, les bactéries, comme les animaux, sont polyvalentes et se comportent différemment selon leur environnement. Une personne atteinte d’une infection chronique peut aller bien un jour, mais les changements environnementaux dans le corps peuvent amener les bactéries à modifier leur comportement. Cela peut entraîner une infection aiguë et une personne peut développer une septicémie nécessitant un traitement immédiat.

“Pendant des années, les gens ont étudié ces bactéries dans des environnements de laboratoire bien contrôlés, même si le laboratoire est un endroit que la plupart des microbes n’ont jamais vu”, a déclaré Whiteley. “Notre étude a adopté une nouvelle approche pour examiner directement le comportement de la bactérie chez l’hôte humain.”

Les chercheurs ont choisi d’examiner des échantillons de tissus humains d’infections bactériennes chroniques des poumons et des plaies. À l’aide de technologies de séquençage génétique, Whiteley et Cao ont mesuré les niveaux de tous les types d’ARNm présents dans les bactéries. Les ARNm codent les protéines qui font tout le travail dans une cellule, donc en mesurant le niveau d’ARNm d’une bactérie, on peut déduire le comportement de la bactérie.

Alors que P. aeruginosa a environ 6 000 gènes, Whiteley et Cao ont découvert qu’un gène en particulier – connu sous le nom de PA1414 – était plus fortement exprimé dans les échantillons de tissus humains que tous les autres milliers de gènes combinés. Les niveaux étaient si élevés que, au début, Cao et Whiteley pensaient que la quantité d’ARNm de PA1414 pourrait être un artefact – un problème associé aux méthodes de séquençage.

“Ce gène particulier n’est pas beaucoup exprimé dans l’environnement de laboratoire standard, il était donc frappant de voir ces niveaux”, a déclaré Cao. “Et à ce stade, la fonction du gène était inconnue.”

Les chercheurs ont également découvert qu’un faible taux d’oxygène entraîne une expression élevée du gène. Il s’agit d’une caractéristique environnementale courante des infections bactériennes, car les bactéries sont fréquemment confrontées à une privation d’oxygène lors d’infections chroniques. D’autres tests ont montré que le gène régule également la respiration bactérienne dans des conditions de faible teneur en oxygène.

Fait intéressant, les chercheurs ont découvert qu’au lieu de coder une protéine, le gène code pour un petit ARN qui joue un rôle vital dans la respiration bactérienne. Ils ont nommé le petit ARN SicX (ARNs inducteur de l’infection chronique X).

Les chercheurs ont ensuite testé les fonctions du gène dans différents modèles d’infection animale. Ils ont observé que lorsque SicX n’était pas présent, les bactéries se propageaient facilement à partir d’infections chroniques dans tout le corps, provoquant une infection systémique. La comparaison a permis aux chercheurs de déterminer que le gène est important pour favoriser l’infection chronique localisée. De plus, les chercheurs ont également montré que l’expression de SicX diminuait immédiatement lors de la transition d’une infection chronique à aiguë, ce qui suggère que SicX sert potentiellement de biomarqueur pour le passage de chronique à aiguë.

“En d’autres termes, sans le petit ARN, les bactéries deviennent agitées et vont chercher de l’oxygène, car elles ont besoin de respirer comme nous avons besoin de respirer”, a déclaré Whiteley. “Ce besoin fait entrer les bactéries dans la circulation sanguine. Maintenant, nous savons que les niveaux d’oxygène régulent cette transition.”

Avoir une meilleure indication du moment où une infection pourrait pénétrer dans la circulation sanguine serait un changement de paradigme pour les traitements.

“Si vous pouvez prédire quand une infection aiguë se produira, un patient pourrait passer un test de diagnostic à domicile pour déterminer si et quand il peut avoir besoin d’un traitement – ​​avant que l’infection ne mette sa vie en danger”, a déclaré Whiteley.

L’étude fournit des réponses aux questions de longue date sur comment et pourquoi les infections chroniques deviennent aiguës. Les découvertes des chercheurs ouvrent également des opportunités pour développer des thérapies qui ciblent ce comportement moléculaire spécifique associé à P. aeruginosa infections.

“La chronique Pseudomonas l’infection est généralement très résistante aux antibiotiques de première intention », a déclaré Cao. « En ciblant ce petit ARN, nous pourrions potentiellement modifier le mode de vie de la bactérie pour la rendre plus sensible aux traitements antibiotiques et obtenir une meilleure élimination de ces infections dangereuses.