Comment les cordes bactériennes propagent la tuberculose

La tuberculose est une maladie pulmonaire causée par la bactérie Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Selon l’OMS, elle touche 10 millions de personnes dans le monde et fait 1,5 million de victimes. C’est la principale cause de décès chez les patientes et patients atteints du VIH et un facteur majeur de résistance aux antimicrobiens. Constat étonnant, on estime qu’un quart de la population mondiale est porteur de la Mtb sans pour autant développer la maladie.

Les cordes bactériennes

L’une des particularités de la Mtb, découverte dans les années 1940, est qu’elle forme des «cordes» dans les cellules qu’elle infecte, notamment les cellules alvéolaires des poumons qui assurent l’échange d’oxygène dans le corps. Les cordes Mtb sont en fait des biofilms, c’est-à-dire des structures caractéristiques que de nombreuses espèces de bactéries forment pour survivre et proliférer (un exemple bien connu est la plaque dentaire).

Les cordes Mtb se développent dans les cellules infectées et sont liées à la virulence de la bactérie et à la persistance de l’infection. Il est essentiel de comprendre les mécanismes de leur fonctionnement afin d’élaborer des stratégies visant à lutter plus efficacement contre la tuberculose.

Comprendre les mécanismes des cordes

Une récente étude menée par des chercheuses et chercheurs de l’EPFL fait aujourd’hui la lumière sur la formation et le fonctionnement des cordes Mtb dans les cellules alvéolaires. Leurs découvertes permettent de mieux comprendre la tuberculose et pourraient contribuer à l’élaboration de nouvelles stratégies de traitement. Publiée dans la revue Cell, cette étude a été dirigée par Vivek Thacker de l’équipe de John McKinney de la Faculté des sciences de la vie de l’EPFL.

Les chercheuses et chercheurs ont étudié la mécanopathologie des cordes Mtb. Pour y parvenir, ils ont utilisé une biopuce de microingénierie sophistiquée appelée «poumon sur puce», qui imite la structure et le fonctionnement des tissus pulmonaires humains. En combinant cette biopuce à des modèles de souris, l’équipe a pu reproduire les premiers stades de l’infection tuberculeuse et observer de plus près comment la bactérie Mtb forme des cordes dans les cellules alvéolaires des poumons.

Cette approche a révélé cinq aspects majeurs des cordes Mtb. Premièrement, il s’agit de structures à «rapport d’allongement élevé», autrement dit leur longueur est nettement plus grande que leur largeur: ce sont de longs fils minces. Cette forme est essentielle pour comprendre la mécanopathologie et le comportement des cordes dans les cellules hôtes pendant l’infection tuberculeuse.

Deuxièmement, les cordes présentent une structure résistante et conservent leur intégrité contre les perturbations mécaniques grâce à une «transition de phase», à savoir un changement d’état des monocouches lipidiques de Mtb lorsqu’elles sont comprimées, ce qui leur permet de stocker de l’énergie mécanique. Les scientifiques ont déterminé cela grâce à des simulations «basées sur des agents». Il s’agit d’une approche informatique qui a montré comment ce stockage d’énergie mécanique facilite la formation et le maintien de la structure des cordes.

Troisièmement, la bactérie Mtb très dense dans les cordes peut échapper à la clairance antibiotique, ce qui montre les limites de l’efficacité des traitements antibiotiques contre la tuberculose.

Quatrièmement, et c’est très important, les cordes «compriment» le noyau de la cellule hôte, ce qui altère les réponses immunitaires de la cellule. Cette découverte est primordiale car elle permet d’expliquer comment la Mtb supprime les défenses de l’hôte et rend ainsi l’infection difficile à éliminer.

Cinquièmement, les cordes peuvent pénétrer à travers et entre les cellules, ce qui facilite la propagation de la Mtb à de nouveaux tissus et complique encore la capacité de l’hôte à combattre l’infection. En fait, la bactérie Mtb très dense a pu reformer des cordes même après une exposition à des concentrations d’antibiotiques cliniquement pertinentes. Ce phénomène est particulièrement inquiétant car cela suggère que les traitements antibiotiques actuels pourraient être moins efficaces en raison d’une pénétration réduite des bactéries individuelles dans ces structures de corde.

Cette étude vient compléter notre compréhension de l’infection tuberculeuse et, éventuellement, notre capacité à la traiter. «Nous fournissons un cadre conceptuel pour la biophysique et la fonction dans l’infection tuberculeuse ainsi que la thérapie des architectures de cordes indépendamment des mécanismes attribués à une seule bactérie, affirme Vivek Thacker. En considérant la Mtb dans l’infection comme un agrégat et non comme une bactérie isolée, nous pouvons imaginer de nouvelles interactions avec les protéines hôtes pour les effecteurs connus de la pathogenèse de la Mtb, et un nouveau paradigme dans la pathogenèse où les forces des architectures bactériennes affectent la fonction de l’hôte.»

Autres contributeurs

• Université de Stanford
• Plateforme Bioelectron Microscopy de l’EPFL
• Université Complutense de Madrid
• Centre de compétences en bio-informatique de l’UNIL-EPFL
• Centre d’histologie de l’EPFL