Acquisition du fer chez Pseudomonas aeruginosa: adaptation phénotypique et mécanisme de régulation – IRUPP

Un des freins dans le développement de nouveaux antibiotiques est la capacité des molécules actives à pénétrer dans les cellules bactériennes. Les voies d’import du fer sont souvent proposées pour importer les antibiotiques dans les bactéries et contourner ainsi la faible perméabilité de la membrane bactérienne. Un bel exemple dans le domaine est le Cefiderocol développé et commercialisé par Shionogi. Pour accéder au fer, un nutriment essentiel, les bactéries synthétisent des sidérophores. Les sidérophores sont libérés dans l’environnement bactérien où ils capturent le fer avant d’être réabsorbé par les bactéries. Les antibiotiques peuvent être attachés aux sidérophores ; ainsi, lorsque le pathogène absorbe le ferri-sidérophore, il importe également l’antibiotique.
Les données génomiques ont mis en évidence la présence de plusieurs voies d'absorption du fer dans le génome des bactéries. Le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa, notre modèle dans ce projet, possède dans son génome entre 20 et 25 voies différentes d'absorption du fer, la plupart d'entre elles utilisant des sidérophores produits par d'autres bactéries (xénosidérophores). Contrairement à la grande quantité de données génomiques générées par le séquençage de génomes bactériens, presque aucune donnée n'est disponible concernant la plasticité phénotypique liée à l'expression des voies d'absorption du fer chez les bactéries. En effet, le développement de conjugués sidérophore-antibiotique souffre du peu de connaissance dans ce domaine.
Dans ce but, nous proposons dans notre projet :
- (i) d’étudier la plasticité de l'expression de ces différentes voies d'absorption du fer dans différentes conditions de croissance (cultures planctoniques et en biofilms, co-cultures entre P. aeruginosa et Staphylococcus aureus, et système d'infection de cellules épithéliales des voies respiratoires humaines) et en présence de différentes combinaisons de xénosidérophores et de conjugués sidérophore-antibiotiques. À cette fin, nous utiliserons des approches protéomiques, de la qRT-PCR, des rapporteurs transcriptionnels et de la microbiologie moléculaire.
- (ii) d’identifier les régulateurs transcriptionnels et étudier les mécanismes moléculaires impliqués dans cette synchronisation de l'expression des différentes voies d'absorption du fer ;
- (iii) de développer un modèle mathématique pour déchiffrer le réseau de régulation impliqué et permettre d’identifier la ou les voies d’absorption de fer les plus prometteuses de P. aeruginosa pour la vectorisation antibiotique.
Ce projet innovant et interdisciplinaire, s'appuie sur des données préliminaires solides et implique 4 partenaires aux compétences complémentaires. Les données attendues permettront de mieux comprendre comment le pathogène opportuniste P. aeruginosa s'adapte, sélectionne, régule, optimise et synchronise l'expression de ses voies d'absorption du fer en fonction des stimuli environnementaux. Ces données permettront également de mieux comprendre les stratégies développées par P. aeruginosa dans la compétition pour le fer avec l'hôte pendant l'infection. P. aeruginosa est un agent pathogène particulièrement dangereux pour les patients atteints de maladies pulmonaires chroniques et l'Organisation mondiale de la santé a récemment classé P. aeruginosa parmi les trois espèces bactériennes pour lesquelles il existe un besoin crucial de développer de nouveaux antibiotiques pour traiter les infections. Grâce aux données générées, nous devrions également être en mesure d'identifier les meilleures voies d'absorption du fer présentes dans le génome de P. aeruginosa pour une absorption efficace des antibiotiques via les sidérophores.