Comment une grande variété de bactéries, à la fois pathogènes et commensales, survivent-elles aux antimicrobiens libérés par le système immunitaire inné des mammifères ?

La réponse pour l'un des antimicrobiens—hypothiocyanite/acide hypothiocyaneux, ou OSCN ^– et HOSCN - a été rapporté par Michael Gray, Ph.D., et ses collègues grâce à la découverte d'un nouveau rôle pour une enzyme dans E. coli. Cette activité auparavant inconnue est également présente par des enzymes homologues trouvées dans les bactéries pathogènes Streptococcus et Staphylococcus et plusieurs microbes intestinaux commensaux.

"Pendant l'inflammation, le système immunitaire humain libère une variété d'antimicrobiens réactifs et nocifs destinés à combattre les agents pathogènes envahisseurs", a déclaré Gray, professeur adjoint à l'Université de l'Alabama au Département de microbiologie de Birmingham. "Comprendre comment les bactéries peuvent échapper à ces puissants oxydants, y compris les acides hypohalogéneux comme l'HOSCN, est crucial pour la santé humaine.

"En identifiant la fonction de l'enzyme RclA dans l'organisme modèle E. coli, qui est notamment capable de rivaliser avec les organismes commensaux et de prospérer dans un intestin enflammé, nous avons jeté les bases pour comprendre la survie bactérienne et la relation avec le système immunitaire humain. d'une manière qui n'était pas comprise auparavant", a déclaré Gray.

"E. coli se développe particulièrement dans l'environnement chroniquement enflammé que l'on trouve chez les patients atteints d'une maladie inflammatoire de l'intestin, et il est capable de rivaliser avec d'autres organismes commensaux importants et de les dépasser, ce qui suggère que HOSCN pourrait être un antimicrobien pertinent dans l'intestin, qui n'a pas été auparavant exploré", a-t-il déclaré.

HOSCN est connu pour être abondant dans la salive et les sécrétions des voies respiratoires en tant qu'antimicrobien hautement spécifique qui est presque inoffensif pour les cellules de mammifères. Cependant, certains microbes, y compris des agents pathogènes, peuvent échapper aux dommages causés par l'HOSCN pendant l'inflammation, permettant une croissance continue et même une maladie grave.

Reportage dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences , des chercheurs dirigés par Gray et Frederick Stull, professeur adjoint de chimie à la Western Michigan University, Kalamazoo, expliquent que la flavoprotéine RclA d'E. coli réduit le HOSCN en thiocyanate inoffensif avec une efficacité catalytique presque parfaite, et cette activité extrêmement rapide protège fortement E. coli contre la toxicité de l'HOSCN. HOSCN semble donc être le substrat physiologiquement pertinent pour RclA, dit Gray, plutôt que sa capacité décrite précédemment à résister modestement au chlore réactif.

Les chercheurs ont également testé les oxydoréductases flavine-dépendantes homologues trouvées dans la pneumonie à Streptococcus, Staphylococcus aureus et dans Bacteroides thetaiotaomicron. S. pneumonia et S. aureus sont des agents pathogènes connus pour coloniser les tissus lors d'inflammations chroniques, en particulier au niveau des poumons, où ils doivent entrer en contact avec de fortes concentrations d'HOSCN. B. thetaiotaomicron est un important commensal de l'intestin humain.

Leurs trois oxydoréductases dépendantes de la flavine - qui présentent une identité de séquence d'acides aminés de 47 à 49 pour cent avec E. coli RclA - ont été clonées dans E. coli, où elles ont toutes montré une activité puissante contre HOSCN. Les sites actifs de RclA et les trois homologues présentent une étroite identité de séquence d'acides aminés.

HOSCN agit en oxydant rapidement les acides aminés soufrés dans les protéines bactériennes, en particulier la cystéine. Les oxydoréductases telles que RclA contiennent deux résidus cystéine sur leur site actif. Ces deux cystéines sont vraisemblablement importantes pour la fonction de l'enzyme, mais elles sont une cible très probable pour HOSCN. Les chercheurs ont montré que chaque cystéine de site actif dans RclA était nécessaire au fonctionnement de RclA, et qu'elles agissent ensemble pour réduire rapidement HOSCN, en utilisant NAD(P)H.

"Peut-être que notre découverte la plus excitante est que les homologues de RclA, y compris des espèces commensales de l'intestin B. thetaiotaomicron et Limosilactobacillus reuteri et des espèces impliquées dans des maladies pulmonaires graves, protègent contre les dommages HOSCN au même degré que E. coli RclA", a déclaré Gray. "Cela indique qu'un large éventail de bactéries, à la fois commensales et pathogènes, peuvent posséder des défenses spécifiques contre le stress HOSCN. En savoir plus sur l'étendue de la protection offerte par cette enzyme aux espèces pathogènes nous permettra d'acquérir de meilleures connaissances sur potentiellement un large éventail de maladies, y compris la fibrose kystique, les maladies inflammatoires de l'intestin et les maladies bucco-dentaires."

"Bien que nous n'ayons pas encore abordé directement l'effet de cette enzyme sur la colonisation de l'hôte in vivo, nous avons jeté des bases importantes pour de futures études avec les données que nous avons recueillies ici", a déclaré Gray. + Explorer plus loin

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