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La transformation génétique loin des pôles cellulaires

by Frédéric Magné - published on , updated on

La bactérie Streptococcus pneumoniae, aussi connue sous le nom de pneumocoque, est capable d’intégrer des séquences d’ADN exogènes dans son propre génome, au cours d’un processus appelé « transformation génétique ». A la différence du modèle Bacillus subtilis, l’internalisation de l’ADN transformant chez le pneumocoque se fait dans la zone équatoriale des cellules. Ce résultat publié dans PLoS Pathogens a été obtenu par des chercheurs du Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM, CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier).

La transformation génétique remplace la reproduction sexuée absente chez les bactéries et contribue à leur diversification en permettant des échanges de gènes intra- et inter-espèces. Depuis sa découverte chez le pathogène humain S. pneumoniae, elle a été observée chez environ 80 espèces, aussi bien à Gram négatif qu’à Gram positif. Chez ces espèces, la transformation génétique est mise en œuvre par une machinerie spécialisée qui assure la fixation de l’ADN double-brin (ADNdb) exogène, à partir duquel des fragments simple-brin (ADNsb) sont internalisés dans la cellule, puis physiquement intégrés dans le chromosome bactérien par recombinaison homologue. Le modèle d’internalisation d’ADNsb a été établi à partir des données accumulées sur le pneumocoque et la bactérie du sol B. subtilis (1). Bien que postulée pour l’ensemble des bactéries transformables, l’étape clé de la production d’ADNsb n’a cependant été documentée que chez le pneumocoque. Elle requiert l’intervention d’une endonucléase, EndA, également connue pour être un facteur de virulence permettant la destruction du piège ADNdb produit par les neutrophiles (2).

Dans l’article de PLoS Pathogens, les chercheurs du LMGM ont montré qu’EndA est recrutée lors de l’assemblage de la machinerie d’internalisation de l’ADN et se relocalise alors dans la zone équatoriale des cellules du pneumocoque. Une seule pièce de la machine est nécessaire à ce recrutement, la protéine ComEA, qui est le récepteur de l’ADNdb. Les chercheurs ont aussi mis en évidence la localisation équatoriale de ComEA et de l’ADNdb fixé à la surface du pneumocoque. Ces résultats suggèrent que l’internalisation de l’ADN transformant chez le pneumocoque se fait dans la zone équatoriale des cellules, contrairement à B. subtilis chez qui elle est réalisée dans la région polaire (1). Il reste désormais à savoir si une règle générale régit cette localisation. Le stade de croissance, au cours duquel les espèces deviennent transformables, ou la forme des cellules, en ballon de rugby pour le pneumocoque et en bâtonnets pour B. subtilis, ont-ils un impact sur cette localisation ?

Ces travaux font suite à une étude récemment publiée dans le même journal par une équipe de l’Institut Pasteur avec laquelle l’équipe du LMGM a collaboré (3). Cette étude a montré pour la première fois l’existence d’un « pilus de transformation » chez une bactérie à Gram positif. Cette extension de 2 à 3 micromètres de long est impliquée dans la fixation initiale de l’ADN à la surface des cellules transformables. Ce pilus est tout à fait similaire aux pili de type IV qui n’ont jusqu’ici été observés que chez les bactéries à Gram négatif. Ces observations éclairent le processus de fixation et d’internalisation de l’ADN exogène qui conditionne l’acquisition de nouvelles résistances aux antibiotiques et/ou l’évasion vaccinale, non seulement chez le pneumocoque, mais aussi chez d’autres pathogènes humains comme Haemophilus influenzae, Staphylococcus aureus ou Neisseria gonorrhoeae.


Représentation schématique de l’appareil d’internalisation de l’ADN transformant chez le pneumocoque. Un pilus de transformation (a), issu de la polymérisation de la protéine ComGC, permet à l’ADNdb de se fixer à la surface des cellules (a,b) puis d’accéder au récepteur ComEA, requis pour le recrutement équatorial de l’endonucléase EndA (c). Images de microscopie électronique (a) et de microscopie à fluorescence (b,c). M, membrane ; EXT, extérieur ; CYT, cytoplasme. © LMGM, Jean-Pierre Claverys

Notes

(1)The genetic transformation machinery : composition, localization and mechanism, Jean-Pierre Claverys, Bernard Martin, Patrice Polard, FEMS Microbiology Reviews (2009),
(2) An endonuclease allows Streptococcus pneumoniae to escape from neutrophil extracellular traps, Katharina Beiter, Florian Wartha, Barbara Albiger, Staffan Normark, Arturo Zvchlinsky, Birgitta Henriques-Normark, Current Biology (2006)
(3) A Type IV pilus mediates DNA binding during natural transformation in Streptococcus pneumoniae, Raphaël Laurenceau, Gérard Péhau-Arnaudet, Sonia Baconnais, Joseph Gault, Christian Malosse, Annick Dujeancourt, Nathalie Campo, Julia Chamot-Rooke, Eric Le Cam, Jean-Pierre Claverys, Rémi Fronzes, PLoS Pathogens (2013), Article recommandé par « Faculty of 1000 ».

 Référence :

"Midcell recruitment of the DNA uptake and virulence nuclease, EndA, for pneumococcal transformation", Matthieu Bergé, Alain Kamgoué, Bernard Martin, Patrice Polard, Campo, Jean-Pierre Claverys, PLoS Pathogens (2013)

Contact chercheur

Jean-Pierre Claverys
Laboratoire de microbiologie et génétique moléculaires (LMGM) UMR5100 CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier 118 route de Narbonne 31062 Toulouse Cedex 9