Pseudomonas aeruginosa est responsable de plus de 500 000 décès par an dans le monde, dont plus de 300 000 sont associés à la résistance aux antimicrobiens. Les personnes atteintes de maladies telles que la maladie pulmonaire obstructive chronique (lésions pulmonaires liées au tabagisme), la fibrose kystique et la bronchectasie non kystique sont plus susceptibles de développer ces maladies.

On ne savait pas auparavant comment Pseudomonas aeruginosa avait évolué d’un organisme environnemental à un pathogène humain spécialisé. Pour enquêter, une équipe internationale dirigée par des scientifiques de l’Université de Cambridge a examiné les données ADN de près de 10 000 échantillons prélevés sur des individus, des animaux et des environnements infectés à travers le monde. Leurs résultats ont été publiés aujourd’hui dans la revue Science.

En cartographiant les données, l’équipe a pu créer des arbres évolutifs – des « arbres généalogiques » – qui montrent comment les bactéries présentes dans les échantillons sont liées les unes aux autres. Étonnamment, ils ont découvert que près de sept infections sur dix étaient causées par seulement 21 clones génétiques, ou « branches » de l’arbre généalogique, qui ont évolué rapidement (en acquérant de nouveaux gènes de bactéries voisines) et se sont ensuite répandus à l’échelle mondiale au cours des 200 dernières années. Cette propagation s’est probablement produite parce que les gens ont commencé à vivre dans des zones densément peuplées, où la pollution de l’air rendait nos poumons plus sensibles aux infections et où les risques de propagation de l’infection étaient plus grands.

Ces clones épidémiques ont une préférence intrinsèque pour infecter certains types de patients, certains préférant les patients atteints de mucoviscidose et d’autres les individus non atteints. Il a été démontré que la bactérie peut exploiter un défaut immunitaire jusqu’alors inconnu chez les personnes atteintes de mucoviscidose, leur permettant ainsi de survivre à l’intérieur des macrophages. Les macrophages sont des cellules qui « mangent » les organismes envahisseurs, les décomposent et empêchent la propagation de l’infection. Mais un défaut jusqu’alors inconnu du système immunitaire des patients atteints de mucoviscidose signifie qu’une fois que les macrophages « engloutissent » la bactérie Pseudomonas aeruginosa, ils sont incapables de s’en débarrasser.

Après avoir infecté les poumons, ces bactéries évoluent de différentes manières pour se spécialiser davantage dans un environnement pulmonaire particulier. Le résultat est que certaines copies peuvent être transmises entre patients FK et d’autres versions entre patients non FK, mais rarement entre groupes FK et groupes non FK.

Le professeur Andris Floto, directeur du Cystic Fibrosis UK Innovation Centre de l’Université de Cambridge et du Royal Papworth Hospital NHS Foundation Trust, et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Nos recherches sur P. aeruginosa nous ont appris de nouvelles choses sur la biologie de fibrose kystique et a révélé des moyens importants par lesquels nous pourrions être en mesure de… Améliorer l’immunité contre les bactéries envahissantes dans ces conditions et potentiellement dans d’autres.

« D’un point de vue clinique, cette étude a révélé des informations importantes sur la bactérie Pseudomonas aeruginosa. L’accent a toujours été mis sur la facilité avec laquelle cette infection se propage parmi les patients atteints de mucoviscidose, mais nous avons montré qu’elle peut également se propager avec une facilité alarmante parmi d’autres patients. Cela a des conséquences très importantes pour le contrôle des infections hospitalières, où il n’est pas rare qu’une personne infectée se trouve dans une salle ouverte avec une autre personne présentant un risque élevé.

« Nous sommes très chanceux à l’hôpital Royal Papworth dans la mesure où nous disposons de chambres individuelles et avons développé et évalué un nouveau système de traitement de l’air pour réduire la quantité de bactéries en suspension dans l’air et protéger tous les patients. »

Le Dr Aaron Vaiman du Victor Philip Dahdali Heart and Lung Research Institute de l’Université de Cambridge et premier auteur de l’étude a déclaré : « Il est étonnant de voir à quelle vitesse ces bactéries évoluent et deviennent épidémiques et comment elles peuvent se spécialiser dans un domaine particulier. environnement pulmonaire. Nous avons vraiment besoin d’un dépistage systématique et proactif de tous les groupes de patients « à risque pour détecter et prévenir l’émergence de versions plus épidémiques ».

La recherche a été financée par Wellcome et la Cystic Fibrosis Foundation UK.

référence

Weimann, A et coll. Evolution et adaptation spécifique à l’hôte de Pseudomonas aeruginosa. Science; 4 juillet 2024 ; DOI : 10.1126/science.adi0908

Un prédateur des grands fonds avec une espérance de vie moyenne de 500 ans pourrait être la clé pour lutter contre les maladies cardiaques et vivre plus longtemps.

Les chercheurs pensent que le métabolisme indomptable du requin du Groenland pourrait détenir le secret de sa longue vie – et ils espèrent qu’il en sera de même pour nous.

On sait peu de choses sur le vertébré le plus ancien du monde, qui peut vivre des siècles dans le froid de l’océan Atlantique, du Canada à la Norvège et au large des côtes de l’Écosse.

On a découvert que l’un des requins était si ancien qu’il était né en 1624, l’année où l’Angleterre a déclaré la guerre à l’Espagne et établi sa première colonie dans les Caraïbes.

Le monstre incroyablement ancien a été découvert par l’Université de Copenhague, au Danemark.

Cela signifie qu’il a survécu au grand incendie de Londres, aux guerres civiles anglaise et américaine et aux deux guerres mondiales du siècle dernier.

Ces monstres, qui mesurent jusqu’à 23 pieds de long, sont connus pour manger des ours polaires.

Les observations de cette espèce sont connues pour être rares, car beaucoup d’entre elles vivent jusqu’à 600 mètres de profondeur sous la glace arctique.

Des recherches expérimentales suggèrent désormais que l’activité métabolique musculaire pourrait être un facteur important dans l’incroyable longévité du requin du Groenland.

Les nouvelles découvertes pourraient être essentielles pour améliorer la santé cardiaque et aider d’autres espèces à faire face au changement climatique.

Le chercheur principal Ewan Campbellson, doctorant à l’Université de Manchester, a déclaré : « Nous voulons comprendre quelles adaptations ils ont qui leur permettent de vivre aussi longtemps.

Les recherches présentées par M. Campbellson lors de la conférence annuelle de la Society for Experimental Biology à Prague ont montré que l’activité métabolique de l’espèce ne changeait pas en vieillissant, contrairement à d’autres espèces.

« La plupart des espèces présentent des différences dans leur métabolisme avec l’âge », a-t-il déclaré.

« Les résultats confortent notre hypothèse selon laquelle le requin du Groenland ne présente pas les mêmes signes classiques de vieillissement que les autres animaux. »

Les scientifiques ont effectué des tests enzymatiques sur des échantillons de tissus musculaires préservés de requins du Groenland, mesurant l’activité métabolique des enzymes.

L’équipe n’a trouvé aucune différence significative dans l’activité métabolique musculaire selon l’âge, ce qui suggère que le métabolisme ne semble pas diminuer avec le temps et pourrait jouer un rôle majeur dans la longévité.

Les chercheurs prévoient désormais de tester davantage d’enzymes et de types de tissus pour mieux comprendre l’activité métabolique du requin.

« Mon objectif ultime est de protéger les espèces et la meilleure façon d’y parvenir est de mieux les comprendre », a déclaré M. Campbellson.

« En étudiant le requin du Groenland et son cœur, nous pourrons peut-être mieux comprendre notre santé cardiovasculaire.

« Ce sont des problèmes qui deviennent progressivement plus courants et plus graves avec l’âge. »

Les chercheurs ont déjà cartographié l’ADN mitochondrial d’un requin de 16 pieds – le matériel génétique trouvé dans de minuscules corps en forme de batterie dans les cellules qui fournissent de l’énergie.

Les chercheurs espèrent connaître les facteurs qui déterminent l’espérance de vie de différentes espèces, dont les humains.

Une étude de ses os et de ses tissus réalisée par l’Université arctique de Norvège pourrait également fournir des indices sur les effets du changement climatique et de la pollution sur une longue période.

Chaque cellule vivante copie l’ADN en ARN. Ce processus commence lorsqu’une enzyme appelée ARN polymérase (RNAP) se scinde à l’ADN. En quelques centaines de millisecondes, la double hélice d’ADN se déplie pour former un nœud appelé bulle de transcription, de sorte que le brin d’ADN exposé puisse être copié dans un brin d’ARN complémentaire.

La manière dont le RNAP parvient à cet exploit est largement inconnue. Prendre une photo du RNAP alors que cette bulle est ouverte fournirait une mine d’informations, mais le processus se déroule trop rapidement pour que la technologie actuelle puisse facilement capturer des visualisations de ces structures. Aujourd’hui, une nouvelle étude a été menée… Nature, biologie structurale et moléculaire E. coli RNAP décrit le processus d’ouverture de la bulle de transcription.

Les résultats, capturés dans les 500 millisecondes suivant le mélange du RNAP avec l’ADN, mettent en lumière les mécanismes fondamentaux de la transcription et répondent à des questions de longue date sur le mécanisme d’initiation et l’importance de ses différentes étapes.

C’est la première fois que quelqu’un est capable de capturer des complexes de copies temporaires au fur et à mesure qu’ils se forment en temps réel. Comprendre ce processus est crucial, car il s’agit d’une étape clé de régulation de l’expression des gènes.

Ruth Secker, première auteure, est spécialiste de recherche au laboratoire de Seth Darst à Rockefeller.

Une vision inédite

Darst a été le premier à décrire la structure du RNAP bactérien, et essayer d’en extraire des détails est resté une priorité majeure de son laboratoire. Alors que des décennies de travail ont démontré que la liaison du RNAP à une séquence d’ADN spécifique déclenche une série d’étapes qui ouvrent la bulle, la manière dont le RNAP sépare les brins et place un seul brin dans son site actif fait encore l’objet de vifs débats.

Les premiers travaux dans ce domaine suggèrent que l’ouverture des bulles agit comme un facteur de ralentissement critique du processus, déterminant la rapidité avec laquelle le RNAP passe à la synthèse de l’ARN. Des découvertes ultérieures dans ce domaine ont remis en question ce point de vue, et plusieurs théories ont émergé sur la nature de cette étape limitante. « Nous savons grâce à d’autres techniques biologiques que lorsque le RNAP rencontre l’ADN pour la première fois, il produit un ensemble d’intermédiaires hautement régulés », explique le co-auteur Andreas Müller, chercheur postdoctoral au laboratoire. « Moins d’une seconde, et nous n’avons pas pu capturer les structures en si peu de temps. »

Pour mieux comprendre ces intermédiaires, l’équipe a collaboré avec des collègues du New York Center for Structural Biology, qui ont développé un système automatisé à jet d’encre capable de préparer rapidement des échantillons biologiques pour une analyse par microscopie électronique cryogénique. Grâce à ce partenariat, l’équipe a pu capturer les composés qui se forment au cours des 100 à 500 premières millisecondes de recombinaison d’ARN, ce qui a permis d’obtenir des images de quatre intermédiaires distincts avec suffisamment de détails pour permettre l’analyse.

Pour la première fois, une image claire a été obtenue des changements structurels et des intermédiaires qui se forment au cours des étapes initiales de la liaison de l’ARN polymérase à l’ADN. « La technologie était très importante pour cette expérience », explique Saker. « Sans la possibilité de mélanger rapidement l’ADN et l’ARN polymérase et d’en prendre une photo en temps réel, ces résultats n’existeraient pas. »

Mettez-vous dans la bonne position

Après avoir examiné ces images, l’équipe a pu cartographier une séquence d’événements montrant comment la protéine RNAP interagit avec les brins d’ADN lors de leur séparation, avec des niveaux de détail sans précédent. Au fur et à mesure que l’ADN se déroule, la protéine RNAP saisit progressivement l’un des brins d’ADN pour empêcher la double hélice de se rejoindre. Chaque nouvelle interaction provoque un changement de forme de la protéine RNAP, permettant ainsi la formation de davantage de liaisons entre la protéine et l’ADN. Cela implique d’expulser une partie de la protéine qui empêche l’ADN de pénétrer dans le site actif de la protéine RNAP. Ainsi, une bulle de copie stable se forme.

L’équipe suggère que l’étape limitante de la transcription pourrait être le placement du brin matrice d’ADN dans le site actif de l’enzyme RNAP. Cette étape implique de surmonter d’importantes barrières énergétiques et de réorganiser plusieurs composants. Les recherches futures visent à confirmer cette nouvelle hypothèse et à explorer d’autres étapes de la transcription.

« Nous n’avons examiné que les premières étapes de cette étude », explique Müller. « Nous espérons ensuite examiner d’autres complexes, des points temporels ultérieurs et des étapes supplémentaires dans le cycle de transcription. »

Loin de résoudre des théories contradictoires sur la façon dont les brins d’ADN sont capturés, ces résultats mettent en évidence la valeur de la nouvelle méthode, qui peut capturer en temps réel les événements moléculaires qui se produisent en quelques millisecondes. Cette technologie permettra davantage d’études de ce type, aidant ainsi les scientifiques à visualiser les interactions dynamiques dans les systèmes biologiques.

« Si nous voulons comprendre l’un des processus les plus fondamentaux de la vie, que toutes les cellules exécutent, nous devons comprendre comment sa progression et sa vitesse sont régulées », explique Darst. « Une fois que nous le saurons, nous aurons une idée plus claire de la façon dont cela se produit. la transcription est initiée.