Découverte du mécanisme du système immunitaire des bactéries

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Le Prof. Udi Qimron du Département de microbiologie et d’immunologie de la Faculté de médecine de l’Université de Tel-Aviv, le Prof. Rotem Sorek du Département de génétique moléculaire de l’Institut Weizmann, et leurs doctorants Moran Goren (UTA) Assaf Levy (Institut Weizmann) ont découvert comment le système immunitaire des bactéries parvient à distinguer son propre code génétique de celui des bactéries “ennemies”, parvenant ainsi à se protéger des virus qui les attaquent sans cesse. L’étude, qui vient d’être publiée dans la revue “Nature”, pourra servir de base au développement de médicaments pour traiter les maladies liées système immunitaire et au génome humain.

Depuis plusieurs années, on sait que les bactéries possèdent un système immunitaire similaire à celui de tous les êtres vivants, capable d’identifier ses “ennemis” et de s’en souvenir, surnommé CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Ce mécanisme immunitaire leur sert essentiellement à se protéger des virus qui les attaquent, les bactériophages ou phages, dont le nombre dans la nature est dix fois supérieur au leur. Les phages sont des protéines contenant un matériel génétique qui pénètrent dans les bactéries et utilisent leur mécanisme de réplication pour se reproduire massivement à l’intérieur d’elles et les tuer. Pour survivre à ces assauts constants, les microbes ont donc besoin d’un système immunitaire extrêmement efficace et actif.

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Le Prof. Qimron a fait partie de l’équipe de scientifiques qui a révélé il y a quelques années comment le CRISPR parvient à se rappeler les ennemis qu’il a déjà rencontrés, en conservant une petite séquence de leur ADN dans une zone particulière du génome de la bactérie même. Cependant, dans certains cas, le système immunitaire stocke par erreur la séquence d’ADN de la bactérie, qui devient alors susceptible de s’attaquer elle-même. La capacité du système immunitaire à distinguer les deux ADN est donc essentielle pour la survie de la bactérie ; cependant son mécanisme est resté pendant longtemps un mystère.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont créé en laboratoire des plasmides, segments d’ADN imitant les virus, et les ont injectés dans des bactéries. Sur environ 38 millions d’événements immunitaires observés, ils ont constaté que le CRISPR a presque toujours réussi à identifier l’ADN étranger et à l’incorporer à la mémoire cellulaire, ne se trompant que rarement. “Nous avons observé que le CRISPR est en mesure de localiser le phage en identifiant le point où se termine son processus de réplication” a expliqué le prof. Qimron. “Dans la mesure où les phages se reproduisent à un rythme rapide à l’intérieur de la bactérie hôte, ces points sont nombreux. On peut dire en fait que le système immunitaire bactérien utilise justement le mécanisme de survie de ‘l’ennemi’ pour l’identifier”. En outre, les chercheurs ont découvert que certaines séquences particulières n’existaient pas chez les virus intrus, ce qui aide le système immunitaire à identifier l’ADN de la bactérie, et ainsi à ne pas l’attaquer.

“Nous avons pu identifier deux mécanismes complexes différents par lesquels le système immunitaire des bactéries est capable de distinguer amis et ennemis. Grâce à ces processus le système est capable de stocker dans sa mémoire presque exclusivement des segments d’ADN étrangers, et sait les attaquer en temps utile, et en même temps, il évite d’attaquer son propre ADN, cause des maladies auto-immunes. La résolution de ce mystère est susceptible d’avoir de nombreuses applications. Les phages qui attaquent les microbes peuvent être employés comme des antibiotiques. Le fait de connaitre la manière dont les microbes se protègent des phages permet à contrario de fabriquer des phages qui soient capables de se protéger contre les bactéries. C’est une recherche fondamentale susceptible à l’avenir de servir de base au développement de médicaments pour traiter diverses maladies liées au système immunitaire et au génome humain”.

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