Configuration d'irradiation pour basculer le modulateur photocommutable de la communication bactérienne de l'isomère trans à l'isomère cis plus actif. Crédit :Dusan Kolarski, Université de Groningue
Des scientifiques de l'Université de Groningue ont réussi à incorporer un interrupteur contrôlé par la lumière dans une molécule utilisée par les bactéries pour la détection du quorum, un processus par lequel les bactéries communiquent et contrôlent ensuite les processus cellulaires. Avec la molécule décrite, il est possible d'inhiber ou de stimuler la communication. Cela en fait un outil très utile pour de futures recherches sur la communication bactérienne et son influence sur différentes voies génétiques. Les résultats ont été publiés le 15 avril dans la revue Chimie .
Afin de répondre à leur environnement, les bactéries communiquent par une forme de signalisation chimique appelée quorum sensing. Les cellules sécrètent une molécule signal et en même temps, surveiller sa concentration. À mesure que de plus en plus de cellules sécrètent la molécule signal, il peut dépasser une concentration seuil et activer certaines voies génétiques, par exemple, produire des toxines ou former un biofilm protecteur.
Interrupteur sensible à la lumière
« Si nous pouvions influencer la détection du quorum, nous pourrions peut-être l'utiliser pour traiter des infections graves, " explique Mickel Hansen, chimiste organique de l'Université de Groningue. " Et il serait également utile d'étudier comment fonctionne exactement la détection de quorum. " Pour ce faire, il serait utile d'avoir un modulateur de détection de quorum qui pourrait être contrôlé de l'extérieur. C'est pourquoi Hansen et ses collègues du groupe de chimie organique synthétique dirigé par le professeur Ben Feringa ont entrepris de construire un interrupteur sensible à la lumière dans une molécule utilisée par les bactéries comme signal pour la détection du quorum.
La molécule est composée d'une tête et d'une queue flexible à base de carbone reliées par un linker β-céto-amide. Le plan était d'incorporer un commutateur dans la queue. "Cela signifiait que nous devions connecter la queue modifiée à la tête via une liaison β-céto-amide. Cependant, le processus de synthèse pour obtenir cette liaison produit un intermédiaire très instable, ce qui rendait presque impossible la synthèse de la molécule."
La structure d'un modulateur de détection de quorum photocommutable dans sa forme inactive (trans) avant l'activation avec la lumière. La queue à quatre carbones est représentée sur la gauche (noir =carbone, blanc =hydrogène). Motif azobenzène avec le véritable commutateur azoïque au milieu (bleu =azote). Sur le côté droit, le groupe de tête polaire est représenté (rouge =oxygène) avec le motif 3-oxo entre les deux. Crédit :Wojciech Danowski, Université de Groningue
Une bibliothèque
S'appuyant sur la vaste expérience du groupe de chimie organique de synthèse du Stratingh Institute of Chemistry de l'Université de Groningue, les chercheurs ont proposé une solution sous la forme d'une nouvelle réaction de couplage avec un intermédiaire stabilisé. En utilisant cet intermédiaire, ils ont pu synthétiser des dérivés photocommutables de manière simple et rapide.
Hansen, avec l'étudiant en Master Jacques Hille, a produit une bibliothèque de 16 composés qui avaient le potentiel d'agir comme agonistes ou antagonistes du quorum sensing. Tous étaient équipés d'un interrupteur à commande lumineuse. Tous les composés étaient basés sur une molécule utilisée dans un système de détection de quorum particulier chez Pseudomonas aeruginosa, qui a environ cinq de ces systèmes de détection de quorum. En collaboration avec des biologistes moléculaires du laboratoire du professeur de microbiologie moléculaire Arnold Driessen, également à l'Université de Groningue, les gènes de l'un de ces systèmes ont été transférés à une souche rapporteur d'E. coli, permettant de tester tout effet des composés nouvellement synthétisés sans l'interférence d'autres mécanismes de détection de quorum.
Production de toxines
Des tests de bioactivité sur les composés obtenus ont montré quelles parties de la molécule étaient cruciales pour contrôler le quorum sensing. Le nombre optimal d'atomes de carbone composant la queue semblait être de quatre. Le basculement de l'interrupteur avec la lumière a fait plier la queue. Remarquablement, la queue droite n'a eu aucun effet, tandis que la queue courbée a induit le signal de détection de quorum. Hansen :« Dans l'ensemble, il apparaît que de petits changements dans la molécule peuvent avoir un effet important sur son activité, mais nous ne savons pas encore exactement pourquoi.
Ils ont trouvé un composé capable d'inhiber fortement le signal de détection de quorum et, après irradiation avec la lumière, conduisant à la flexion de la queue - pour la stimuler également fortement. La différence d'activité était de plus de 700 fois, ce qui est énorme. "Une si grande différence a, A notre connaissance, jamais été démontré auparavant pour les molécules bioactives à commutation de lumière."
Cette molécule particulière sera un outil très utile pour étudier comment les bactéries communiquent. "Dans l'étude, nous avons montré que nous pouvions contrôler la production de toxines par la lumière dans une souche de Pseudomonas avec notre modulateur commutable. Ce sera un outil puissant pour la recherche clinique et fondamentale sur le mécanisme de détection du quorum."
