Un sucre au deutérium pour étudier l'amarrage des bactéries sur nos cellules

Publié par Adrien le 27/03/2021 à 09:00
Source: CNRS INC
Les bactéries pathogènes s'arriment aux cellules qu'elles attaquent grâce aux sucres présents sur leur membrane. Un mécanisme crucial à étudier, car il aiderait à soigner ces infections sans renforcer la résistance des bactéries. Pour cela, des chercheurs du CERMAV (CNRS), de l'Institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nommé ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien...) (ILL) et du CEITEC (Université Masaryk, République Tchèque) ont modifié un sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce...) pour qu'il réponde à la cristallographie aux neutrons, une technique qui dévoile comment les bactéries s'accrochent aux sucres. Ces travaux, publiés dans la revue Structure, pourraient s'étendre à des sucres plus complexes pour mieux comprendre différents phénomènes biologiques et proposer de nouvelles stratégies anti-infectieuses.


Molécule de fucose (Le fucose est un aldohexose, plus précisément un désoxy-hexose du galactose. Le...) dans le site de liaison de la lectine. La grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un...) bleue représente la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) déterminée par les rayons X et la grille verte la densité déterminée par les neutrons autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du fucose et des acides aminés de la lectine. Les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (ici isotope (Le noyau d'un atome est constitué en première approche de protons et de neutrons. En physique...) deutérium) sont représentés par des boules jaunes. La continuité (En mathématiques, la continuité est une propriété topologique d'une fonction....) de la grille verte entre le fucose et les acides aminés permettent une vision directe des liaisons hydrogène.
© L. Gajdos

Les membranes de toutes les cellules sont recouvertes de différentes molécules de la famille des sucres. Les bactéries pathogènes s'en servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) pour s'arrimer à leurs cibles avant de les infecter, grâce à des protéines appelées lectines. Ce mécanisme intéresse beaucoup les chercheurs car empêcher les bactéries de s'accrocher aux membranes permet de les combattre sans développer leur résistance, contrairement aux traitements antibiotiques qui les tuent, favorisant ainsi la prolifération des microbes qui parviennent à survivre. Un enjeu énorme puisque la résistance aux antibiotiques est une des plus graves menaces pour la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) mondiale. Afin d'utiliser ces interactions avec les sucres des cellules, il faut déjà pouvoir les observer en détail.

Des chercheurs du Centre de recherches sur les macromolécules végétales (CERMAV, CNRS), de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Laue-Langevin (ILL) et du Central European Institute of Technology (CEITEC, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Masaryk) ont pour la première fois modifié un sucre par voie biotechnologique afin qu'il puisse être étudié par cristallographie aux neutrons, la meilleure méthode pour explorer les liaisons hydrogène et les autres contacts qui se créent entre les sucres de la membrane cellulaire et la lectine des bactéries pathogènes.

La cristallographie s'effectue d'habitude avec des rayons X, mais ceux-ci ne voient pas les atomes d'hydrogène et leurs liaisons à cause de leur faible nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'électrons. La cristallographie aux neutrons y parvient, mais seulement si l'hydrogène est sous la forme de son isotope possédant un neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.): le deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1...). La cristallographie aux neutrons présente également l'avantage de fonctionner à température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) ambiante et de ne pas détruire l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou...) au cours de la mesure.

Pour obtenir un sucre où tous les atomes d'hydrogène sont remplacés par du deutérium, les chercheurs ont modifié et acclimaté des bactéries pour qu'elles produisent ces molécules dans un milieu très riche en deutérium. Cette véritable usine cellulaire a donné un sucre deutérié, le fucose, qui a été cristallisé avec une lectine également deutériée. Les interactions entre ces deux molécules ont alors enfin pu être examinées en détail sur le diffractomètre (Le diffractomètre est un appareil permettant de mesurer la diffraction d'un rayonnement sur...) de neutron LADI-III à l'ILL. Il s'agit ici d'une lectine de Photorhabdus luminescens, une bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) étudiée pour sa capacité à s'attaquer aux insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...) ravageurs, mais qui peut également infecter les humains.

Les chercheurs travaillent à présent sur d'autres bactéries pathogènes pour l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo...), qui s'accrochent au fucose présent dans nos poumons, et essayent également d'appliquer leurs travaux à d'autres sucres, plus complexes, comme les oligosaccharides qui déterminent le groupe sanguin (Un groupe sanguin est une classification de sang reposant sur la présence ou l'absence de...) des individus. Ces études aideront à la conception de glycomimétiques, des petites molécules anti-infectieuses qui bloqueront le site des lectines de nombreux agents pathogènes.

Référence:
Visualisation of hydrogen atoms in a perdeuterated lectin-fucose complex reveals key details of protein-carbohydrate interactions
Lukas Gajdos, Matthew P. Blakeley, Atul Kumar, Michaela Wimmerová, Michael Haertlein, V. Trevor Forsyth, Anne Imberty and Juliette M. Devos Structure, mars 2021.
https://doi.org/10.1016/j.str.2021.03.003
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