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La couche externe collante des champignons et des bactéries, appelée « matrice extracellulaire » ou MEC, a la consistance d'une gelée et agit comme une couche protectrice. Cependant, selon une étude récente publiée dans la revue iScience, menée par l'Université du Massachusetts Amherst en collaboration avec le Worcester Polytechnic Institute, la MEC de certains micro-organismes ne forme un gel qu'en présence d'acide oxalique ou d'autres acides simples.
Étant donné que la matrice extracellulaire joue un rôle important dans de nombreux domaines, allant de la résistance aux antibiotiques au colmatage des canalisations et à la contamination des dispositifs médicaux, comprendre comment les micro-organismes manipulent leurs couches de gel collantes a de vastes implications pour notre vie quotidienne.
« J’ai toujours été fasciné par les matrices extracellulaires microbiennes », explique Barry Goodell, professeur de microbiologie à l’Université du Massachusetts Amherst et auteur principal de l’article. « On imagine souvent la matrice extracellulaire comme une couche protectrice externe inerte qui protège les micro-organismes. Mais elle peut aussi servir de conduit, permettant aux nutriments et aux enzymes de circuler à l’intérieur et à l’extérieur des cellules microbiennes. »
Ce revêtement remplit plusieurs fonctions : son adhérence permet aux micro-organismes individuels de s’agglomérer pour former des colonies ou « biofilms », et lorsque suffisamment de micro-organismes le font, cela peut obstruer les canalisations ou contaminer le matériel médical.
Mais la membrane doit aussi être perméable. De nombreux micro-organismes sécrètent diverses enzymes et autres métabolites à travers la matrice extracellulaire (MEC) dans la matière qu'ils souhaitent ingérer ou infecter (comme le bois en décomposition ou les tissus de vertébrés). Une fois leur travail digestif terminé, les enzymes transportent les nutriments à travers la MEC, permettant ainsi leur réabsorption par l'organisme.
Cela signifie que la matrice extracellulaire (MEC) n'est pas qu'une simple couche protectrice inerte ; en effet, comme l'ont démontré Goodell et ses collègues, les micro-organismes semblent capables de contrôler l'adhérence de leur MEC et donc sa perméabilité. Comment font-ils ? Crédit photo : B. Goodell
Chez les champignons, la sécrétion semble être de l'acide oxalique, un acide organique courant présent naturellement dans de nombreuses plantes. Comme l'ont découvert Goodell et ses collègues, de nombreux microbes utilisent l'acide oxalique qu'ils sécrètent pour se lier à la couche externe de glucides, formant ainsi une matrice extracellulaire (MEC) collante et gélatineuse.
Mais en y regardant de plus près, l'équipe a découvert que l'acide oxalique non seulement contribuait à la production de la matrice extracellulaire (MEC), mais la « régulait » également : plus les microbes ajoutaient d'acide oxalique au mélange glucides-acide, plus la MEC devenait visqueuse. Plus la MEC est visqueuse, plus elle empêche les grosses molécules d'entrer ou de sortir du microbe, tandis que les petites molécules peuvent librement entrer dans le microbe depuis l'environnement et inversement.
Cette découverte remet en question la compréhension scientifique traditionnelle de la manière dont les différents types de composés libérés par les champignons et les bactéries se retrouvent dans l'environnement. Goodell et ses collègues ont suggéré que, dans certains cas, les micro-organismes pourraient devoir davantage recourir à la sécrétion de très petites molécules pour attaquer la matrice ou le tissu dont ils dépendent pour survivre ou être infectés.
Cela signifie que la sécrétion de petites molécules peut également jouer un rôle important dans la pathogenèse si les enzymes plus grosses ne peuvent pas traverser la matrice extracellulaire microbienne.
« Il semble exister un juste milieu », a déclaré Goodell, « où les micro-organismes peuvent contrôler les niveaux d'acidité pour s'adapter à un environnement particulier, en retenant certaines des plus grosses molécules, comme les enzymes, tout en permettant aux plus petites molécules de traverser facilement la matrice extracellulaire. »
La modulation de la matrice extracellulaire (MEC) par l'acide oxalique pourrait constituer un mécanisme de défense des micro-organismes contre les antimicrobiens et les antibiotiques, étant donné que nombre de ces médicaments sont composés de molécules de grande taille. Cette capacité de personnalisation pourrait être la clé pour surmonter l'un des principaux obstacles de l'antibiothérapie, car la manipulation de la MEC afin d'en accroître la perméabilité pourrait améliorer l'efficacité des antibiotiques et des antimicrobiens.
« Si nous parvenons à contrôler la biosynthèse et la sécrétion de petits acides comme l'oxalate chez certains microbes, nous pouvons également contrôler ce qui entre dans ces microbes, ce qui pourrait nous permettre de mieux traiter de nombreuses maladies microbiennes », a déclaré Goodell.
Informations complémentaires : Gabriel Perez-Gonzalez et al., Interaction des oxalates avec le bêta-glucane : implications pour la matrice extracellulaire fongique et le transport des métabolites, iScience (2023). DOI : 10.1016/j.isci.2023.106851
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