Comme la plupart des organismes, les bactéries sont la proie des virus - et leur approche privilégiée pour détruire les envahisseurs consiste simplement à les hacher. Dès qu'elle voit un virus, une bactérie peut utiliser une multitude de stratégies immunitaires pour découper son génome à l'aide de découpeurs moléculaires tels que CRISPR-Cas, également l'homonyme d'un outil de laboratoire populaire.

Une nouvelle étude montre maintenant que les stratégies de défense des bactéries ne fonctionnent pas de manière isolée. Des chercheurs de l'Université Rockefeller ont découvert qu'un niveau surprenant de coopération a lieu entre le système CRISPR-Cas et l'autre stratégie de défense importante des bactéries, connue sous le nom d'enzymes de restriction. "De nombreux scientifiques ont utilisé l'un ou l'autre de ces systèmes pour leurs recherches, mais nous ne savions pas dans quelle mesure ils sont connectés dans les bactéries", explique Luciano Marrafini, professeur de la famille Kayden à Rockefeller et chercheur au Howard Hughes Medical Institute. .

Les résultats, publiés dans Molecular Cell , montrent que si les enzymes de restriction agissent comme première ligne de défense, elles préparent également le matériel dont CRISPR-Cas aura besoin pour cibler le virus avec précision. "Le mécanisme rappelle notre propre réponse immunitaire à plusieurs volets", déclare Marrafini. "Il comprend une première ligne de défense temporaire avant d'activer une deuxième réponse adaptative plus robuste."

Protection en plusieurs étapes

Les enzymes de restriction sont capables de cliver de courtes séquences d'ADN, de sorte que la bactérie les utilise dès que le virus envahit la cellule bactérienne. CRISPR-Cas, un système plus sophistiqué, arrive plus tard. Alors que l'enzyme de restriction hache l'ADN viral avec la grossièreté d'une tondeuse à gazon, CRISPR-Cas est comme un cisaillement tranchant comme un rasoir utilisé par un jardinier assidu. Il fend l'intrus viral avec une précision immaculée en l'alignant parfaitement sur un guide moléculaire ciblant une séquence génétique spécifique.

Les deux types de défenses bactériennes sont couramment utilisés par les biologistes dont les tâches quotidiennes consistent à manipuler l'ADN à diverses fins, comme le séquençage de gènes, la fluorescence de molécules ou la création d'animaux avec des génomes modifiés. Dans les années 1970, les scientifiques ont utilisé des enzymes de restriction pour développer un nouvel outil appelé ADN recombinant, qui a permis de cloner et d'étudier des gènes uniques. Et il y a dix ans, la technologie basée sur CRISPR-Cas a révolutionné les biosciences en donnant aux scientifiques les moyens de modifier les génomes dans les cellules et les organismes vivants.

Travaillant avec Staphylococcus aureus, Pascal Maguin, un chercheur diplômé du laboratoire de Marrafni, a découvert que les stratégies de hachage de virus de cette bactérie fonctionnent mieux ensemble que seules. Lorsque Staph n'est protégé que par des enzymes de restriction, ses défenses sont de courte durée car certains des virus finiront par protéger leur ADN et après un certain temps, selon leur étude, les bactéries qui se développent dans le plat commenceront à diminuer. Si Staph a accès aux deux systèmes, cependant, ils récupèrent rapidement.

Maguin et ses collègues ont découvert comment les deux systèmes fonctionnent de concert - des segments précédemment coupés par des enzymes de restriction aident la machinerie CRISPR-Cas à générer le guide moléculaire nécessaire pour trouver les virus et mettre fin à l'infection.

"C'est un peu comme la vaccination", dit Marrafni. "L'enzyme de restriction coupe de petits morceaux du virus que CRISPR utilisera ensuite pour monter une réponse adaptative."

Les résultats pourraient non seulement nous aider à comprendre comment Staph se défend contre les virus; il y a une chance qu'ils puissent également nous rendre mieux équipés pour nous défendre contre Staph, une espèce connue pour sa capacité à devenir résistante aux antibiotiques. L'année dernière, l'équipe de Marrafni a découvert que la bactérie utilise son système CRISPR-Cas non seulement pour repousser les virus, mais aussi pour développer une résistance multidrogue. Une meilleure compréhension du système pourrait un jour permettre aux scientifiques de le manipuler avec des médicaments afin de lutter contre les infections à staphylocoques qui ne répondent à aucun autre traitement.