scientifiques japonais, y compris des chercheurs de l'Université d'agriculture et de technologie de Tokyo (TUAT) et de l'Université nationale de Yokohama, ont identifié le mécanisme moléculaire qui confère aux sécrétions cutanées d'une espèce de grenouille des propriétés antimicrobiennes efficaces. Leurs conclusions ont été publiées le 20 février 2019 en ACS Bio Matériaux Appliqués .

Les Bombina variegata grenouille, également connu sous le nom de crapaud à ventre jaune, habite les forêts, prairies, marécages, et l'habitat aquatique en Europe centrale. Leurs sécrétions cutanées contiennent des agents antimicrobiens, appelés Bombinine H2 et H4, qui jouent un rôle clé dans la protection de l'espèce contre les infections.

La bombinine H2 et H4 sont des peptides antimicrobiens (AMP) - ou peptides de défense de l'hôte - qui jouent un rôle important dans la réponse immunitaire. Ils ont attiré l'attention pour leur capacité à inhiber la leishmaniose, une maladie tropicale hautement contagieuse et potentiellement mortelle qui a touché environ 20 millions de personnes dans le monde, avec 1,3 million de nouveaux cas et 20, 000 à 30, 000 décès signalés chaque année.

H4 est un isomère de H2 - ils partagent la même formule mais les atomes de la molécule sont disposés différemment - avec H4 ayant un acide aminé D naturel à la fin de la chaîne moléculaire. En ce qui concerne ses propriétés antimicrobiennes, H4 est plus puissant que H2, mais jusqu'à maintenant, la raison est restée un mystère biologique non résolu.

"Les acides aminés D et L sont des images miroir l'un de l'autre, et la plupart des acides aminés dans la nature ont une structure L, " explique Ryuji Kawano, Professeur agrégé au Département de biotechnologie et des sciences de la vie de la TUAT et co-auteur de l'étude. "Quelques protéines sont modifiées pour avoir des acides aminés D. Le rôle d'avoir des acides aminés D n'est pas entièrement compris dans le cas de la grenouille."

Afin de mieux comprendre le mécanisme moléculaire qui régit l'activité antimicrobienne des peptides Bombinin H2 et H4 et ce qui rend H4 plus efficace que H2 à cet égard, les auteurs ont mené des expériences électrophysiologiques sur une membrane bicouche lipidique qui reproduisait la membrane lipidique entourant les cellules ou les micro-organismes. Les résultats ont ensuite été analysés à l'aide de modèles AMP existants pour déterminer l'efficacité de ces peptides antimicrobiens pour perturber la membrane cellulaire des microbes.

L'équipe a découvert que les peptides H2 et H4 inhibent l'activité microbienne en faisant des trous dans la membrane cellulaire des micro-organismes provoquant la fuite d'ions hors de la cellule, qui les tue finalement. L'efficacité de cette activité antimicrobienne est affectée par la perméabilité aux ions (à quelle vitesse les ions s'échappent de la cellule), la vitesse de formation des pores, et la taille des pores formés.

Les résultats indiquent que la capacité des peptides à se transformer en une autre molécule avec la même composition atomique mais avec des atomes disposés différemment facilite une formation plus rapide des pores. Alors que H2 forme des pores plus gros que H4, H4 forme des pores plus rapidement. Un mélange de H2/H4, pendant ce temps, forme des pores de taille moyenne à une vitesse plus lente que H4, mais la présence de l'acide aminé D augmente l'affinité de liaison à la membrane lipidique, améliorant ainsi ses capacités perturbatrices.

Pensez-y comme à un champ de pièges à fosse de différentes tailles; les pièges plus gros prennent plus de temps à creuser, mais peut piéger plus d'animaux qu'une petite fosse. D'autre part, on peut creuser de nombreuses petites fosses en même temps qu'il faut pour creuser quelques grandes. Creuser des pièges à fosse de taille moyenne et ajouter un appât ou un leurre qui attirerait les animaux vers la fosse, serait l'approche la plus efficace de toutes.

Démêler le mécanisme moléculaire qui facilite l'activité antimicrobienne de ces peptides peut nous aider à mieux comprendre comment le système de défense de la grenouille a évolué, et comment cela peut être utilisé pour lutter contre les infections microbiennes d'importance médicale. Selon Kawano, le but ultime est d'utiliser ce mécanisme pour développer de meilleurs agents antimicrobiens, en particulier les agents antimicrobiens qui sont efficaces contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.