Comment la bactérie du choléra échange ses défenses antivirales

Comme la plupart des bactéries, Vibrio cholerae vit sous l'attaque constante des virus. Pour survivre, les bactéries s'équipent de systèmes immunitaires antiviraux. Des travaux antérieurs ont montré que V. cholerae est porteur d'un grand élément génétique appelé intégron chromosomique sédentaire (SCI). Cette structure contient des centaines de petites unités d'ADN mobiles appelées « cassettes génétiques », organisées en une longue série, comme un collier de perles.

Bien que la fonction de nombreuses cassettes reste inconnue, environ 10% d'entre elles codent pour des systèmes immunitaires antiviraux. Cependant, la plupart de ces gènes sont situés loin du début de la série et restent silencieux. Une des explications dominantes est que les cassettes pourraient être réorganisées en interne afin de les activer, mais aucun réarrangement de ce type n'a été observé dans la lignée pandémique de V. cholerae depuis plus de soixante ans.

Cela soulève une question clé : si le remaniement interne est rare, comment les systèmes immunitaires codés par les cassettes sont-ils activés et comment de nouvelles cassettes entrent-elles dans la chaîne ?

Test de l'absorption d'ADN en laboratoire

Pour répondre à cette question, une équipe dirigée par Melanie Blokesch du Laboratoire de microbiologie moléculaire de l’EPFL a cherché à savoir si le SCI pouvait capturer des cassettes génétiques à partir de matériel génétique entrant dans la cellule depuis l'extérieur.

Un élément clé de ce processus est la capacité des bactéries à absorber l'ADN libre présent dans leur environnement, que l’on appelle compétence naturelle. V. cholerae devient naturellement compétente lorsqu'elle se développe sur des surfaces contenant de la chitine, un polymère présent dans les carapaces des crustacés et abondant dans les milieux aquatiques.

En laboratoire, l'équipe a reproduit ces conditions en cultivant des bactéries sur de la chitine et en leur fournissant de l'ADN provenant de différentes souches de Vibrio cholerae ou d'autres espèces de Vibrio. Ils ont ensuite vérifié si les cassettes génétiques nouvellement acquises avaient été insérées en première position dans le collier de perles.

Le transfert horizontal prend le dessus

Dans un article publié dans Science, les scientifiques montrent que V. cholerae peut acquérir efficacement de nouvelles cassettes génétiques SCI à partir d'ADN extracellulaire. Dans les milieux aquatiques, l'ADN est libéré lorsque les cellules bactériennes sont tuées par des virus, des composés antimicrobiens ou des armes bactériennes. Les bactéries compétentes situées à proximité peuvent absorber cet ADN et incorporer certains fragments dans leur propre SCI.

«Schématiquement, on pourrait faire la comparaison avec le fait que votre grand-mère défunte vous transmette, en guise de cadeau d'adieu, l'immunité qu'elle a développée contre la grippe espagnole il y a un siècle, vous protégeant immédiatement contre ce même virus, explique Melanie Blokesch. Ne serait-ce pas incroyable ? C'est fondamentalement ce que nous montrons que V. cholerae peut faire. »

L'équipe a aussi démontré que les cassettes insérées à cet endroit sont fonctionnelles. Plusieurs systèmes de défense ont assuré une protection contre les virus qui infectent les espèces Vibrio, connus sous le nom de vibriophages.

Une lignée pandémique statique

Une exception importante apparaît cependant. Dans la lignée pandémique 7PET de V. cholerae, le SCI semble largement statique. Les auteurs suggèrent que cela reflète une adaptation à un environnement de niche associée à l'humain. Toutefois, si les souches pandémiques rencontraient des conditions environnementales permettant l'acquisition de cassettes SCI, elles pourraient étendre leurs défenses antivirales.

« Cette possibilité est importante, car des approches basées sur les vibriophages sont actuellement explorées pour prévenir le choléra dans les régions endémiques, et une telle flexibilité évolutive pourrait finalement affecter l'efficacité de ces stratégies », conclut la professeure.