Ils découvrent comment l’une des bactéries les plus dangereuses au monde parvient à infecter les poumons

L’OMS a publié cette année une liste des bactéries pathogènes les plus dangereuses au monde, résistantes à plusieurs antibiotiques et constituant une menace sérieuse pour la santé humaine. Cette liste comprend Pseudomonas aeruginosa, un pathogène nosocomial très redouté qui provoque pneumonie grave, potentiellement mortelle. Cet agent pathogène est particulièrement menaçant pour les patients immunodéprimés et ceux sous ventilation mécanique, avec des taux de mortalité pouvant atteindre 50 pour cent.

Pseudomonas aeruginosa a développé un large éventail de stratégies pour envahir les poumons et le corps. Les chercheurs dirigés par le professeur Urs Jenal du Biozentrum de l’Université de Bâle ont acquis de nouvelles connaissances sur le processus d’infection en utilisant des microtissus pulmonaires cultivés en laboratoire et générés à partir de cellules souches humaines. Les auteurs décrivent comment Pseudomonas traverse la couche supérieure du tissu pulmonaire et envahit les zones plus profondes.

Nos poumons sont tapissés d’une fine couche de cellules étroitement tassées qui protègent les couches plus profondes du tissu pulmonaire. La surface est recouverte de mucus, qui piège les particules telles que les micro-organismes, et est éliminée des voies respiratoires par des cellules spécialisées. Cette couche sert de barrière efficace presque impénétrable contre les agents pathogènes envahisseurs. La bactérie Pseudomonas a trouvé un moyen de la briser, mais jusqu’à présent, la manière dont l’agent pathogène traverse la barrière tissulaire restait un mystère.

« Nous avons développé des microtissus pulmonaires humains qui imitent de manière réaliste le processus d’infection à l’intérieur du corps d’un patient. Ces modèles pulmonaires nous ont permis de découvrir la stratégie d’infection du pathogène. Utilise des cellules caliciformes productrices de mucus comme chevaux de Troie pour envahir et traverser la barrière tissulaire. En attaquant les cellules caliciformes, qui ne constituent qu’une petite partie de la muqueuse pulmonaire, les bactéries peuvent briser la ligne de défense et ouvrir la porte”, explique Jenal.

Doté d’un large arsenal de facteurs de virulence, appelés systèmes de sécrétion, l’agent pathogène attaque et envahit spécifiquement les cellules caliciformes, se réplique à l’intérieur des cellules et finit par les tuer. L’éclatement des cellules mortes provoque des déchirures dans la couche tissulaire, rendant la barrière protectrice perméable. Les agents pathogènes profitent de ce point faible : ils colonisent rapidement les sites de rupture et se propagent dans les régions tissulaires plus profondes.

Les scientifiques ont pu élucider les stratégies sophistiquées d’infection de Pseudomonas en utilisant des organoïdes pulmonaires humains. Cependant, on ne sait pas exactement comment les agents pathogènes adaptent leur comportement au cours du processus d’infection. Par exemple, ils doivent d’abord être mobiles pour se propager à la surface des tissus, puis adhérer rapidement aux cellules pulmonaires au contact, puis activer leurs facteurs de virulence. On sait que les bactéries peuvent rapidement modifier leur comportement grâce à de petites molécules de signalisation. Cependant, jusqu’à présent, la technologie nécessaire pour étudier ces corrélations n’était pas disponible.

L’équipe de Jenal a développé un biocapteur pour mesurer et suivre une petite molécule de signalisation appelée c-di-GMP dans des bactéries individuelles. La méthode a été récemment décrite dans Nature Communications. «C’est une avancée technologique. Nous pouvons désormais suivre en temps réel et avec une haute résolution la régulation de cette molécule de signalisation lors de l’infection et la manière dont elle contrôle la virulence de l’agent pathogène. Nous disposons d’une vue détaillée du moment et de l’endroit où les cellules bactériennes individuelles activent certains programmes pour réguler leur comportement. Cette méthode nous permet d’étudier les infections pulmonaires plus en détail », explique Jenal.

Les organoïdes du poumon humain et d’autres organes tels que la vessie permettent aux chercheurs d’étudier les effets des antibiotiques sur les tissus, en identifiant, par exemple, où et comment les bactéries survivent pendant le traitement. Ces modèles d’organes seront indispensables à l’avenir pour développer de nouvelles stratégies efficaces de lutte contre les pathogènes. “Grâce au développement d’organoïdes pulmonaires humains, nous comprenons désormais bien mieux comment les agents pathogènes se comportent dans les tissus humains et, vraisemblablement, chez les patients”, conclut Jenal.