L'acide pulcherriminique module la disponibilité du fer et protège contre le stress oxydatif lors des interactions microbiennes

Sep 25, 2023

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 2536 (2023) Citer cet article

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Les sidérophores sont des molécules solubles ou intégrées à la membrane qui se lient à la forme oxydée du fer, Fe(III), et jouent un rôle dans l'acquisition du fer par les micro-organismes. Les sidérophores liés au Fe(III) se lient à des récepteurs spécifiques qui permettent aux microbes d'acquérir du fer. Cependant, certains microbes du sol libèrent un composé (acide pulcherriminique, PA) qui, lors de sa liaison au Fe (III), forme un précipité (pulcherrimine) qui semble fonctionner en réduisant la disponibilité du fer plutôt qu'en contribuant à son acquisition. Ici, nous utilisons les protégènes de Bacillus subtilis (producteur de PA) et de Pseudomonas comme modèle de compétition pour montrer que le PA est impliqué dans un système particulier de gestion du fer. La présence du concurrent induit la production de PA, conduisant à la précipitation de Fe (III) sous forme de pulcherrimine, ce qui prévient le stress oxydatif chez B. subtilis en limitant la réaction de Fenton et la formation délétère de ROS. De plus, B. subtilis utilise sa bacillibactine sidérophore connue pour récupérer le Fe (III) de la pulcherrimine. Nos résultats indiquent que l'AP joue de multiples rôles en modulant la disponibilité du fer et en conférant une protection contre le stress oxydatif lors de la compétition inter-espèces.

Le fer (Fe) est un métal essentiel nécessaire en concentrations cellulaires élevées à la survie et à la croissance de la plupart des organismes vivants sur terre. Bien qu'abondante dans le sol, sa solubilité et donc sa biodisponibilité sont très faibles à un pH circumneutre (environ 10−10 M)1. Pour résoudre cette énigme d’une demande élevée mais d’une offre faible, les bactéries du sol produisent des sidérophores, des composés de faible poids moléculaire ayant une forte affinité pour Fe(III)2. Des systèmes de transport spécifiques permettent au Fe d'être absorbé par les cellules et utilisé dans diverses voies cellulaires et protéines3,4,5. Les micro-organismes du sol sont souvent en compétition pour le Fe et ont développé des mécanismes pour maximiser l'acquisition de Fe, notamment la production de multiples sidérophores avec une gamme d'affinités pour le Fe et l'expression de divers récepteurs à la surface cellulaire capables de se lier aux sidérophores, y compris parfois des xénosidérophores6,7,8. ,9. Dans la compétition interspécifique, la sécrétion de sidérophore peut conférer un avantage de croissance grâce à une monopolisation rapide du Fe10. Cependant, la séquestration du Fe par les sidérophores peut être une arme à double tranchant, car les concurrents peuvent également les tromper, acquérant ainsi du Fe sans partager le coût métabolique de la biosynthèse des sidérophores9,11.

En utilisant la même voie de synthèse, B. subtilis produit deux sidérophores : l’acide 2,3-dihydroxybenzoïque à affinité de liaison relativement faible (DHB ; une fonction catéchol) et la bacillibactine à forte affinité de liaison (BB ; trois fonctions catéchol)12. L'acide pulcherriminique (PA), une autre molécule chélatrice du Fe produite par la levure et de nombreuses bactéries, dont B. subtilis13,14,15, héberge deux groupes hydroxamate et forme le complexe pulcherrimine insoluble rouge lors de la liaison du Fe(III)15,16,17. Récemment, il a été démontré que l'accumulation extracellulaire de pulcherrimine (PA-Fe) limitait l'expansion du biofilm, et il a été suggéré que l'AP agissait comme un signal intercellulaire déclenchant la transition de la phase exponentielle à la phase stationnaire chez B. subtilis . Pulcherrimin a été décrit pour la première fois dans un petit groupe de levures, dont Candida spp. et Kluyveromyces spp.15,19. Chez ces organismes, il a été démontré que la production de PA avait une activité antagoniste, probablement par déplétion en Fe20. Chez Kluyveromyces lactis, il a été suggéré que le PA pourrait agir comme sidérophore, une idée contradictoire puisque le complexe pulcherrimine est insoluble et, apparemment, ne constitue pas une source biodisponible de Fe19,21. En effet, presque toutes les études antérieures sur la levure et les Bacillus stipulent que le PA se lie de manière irréversible au Fe (III) et ne joue donc aucun rôle dans l'acquisition du Fe.

Un autre aspect important de l'homéostasie du Fe chez B. subtilis est la formation d'un biofilm. Nous avons précédemment montré que la matrice du biofilm et la production de sidérophores sont nécessaires à l’organisme pour acquérir du Fe à partir d’oxydes précipités et que le Fe lié au biofilm peut être utilisé comme source locale de Fe. Une autre étude a démontré l’importance du Fe(III) dans la couche profonde du biofilm, servant d’accepteur terminal d’électrons en l’absence d’oxygène24. Le Fe lié au biofilm semble donc essentiel au fonctionnement du biofilm en plus de la croissance cellulaire. Les sidérophores et la formation de biofilm contribuent à l’acquisition et à l’homéostasie du Fe chez les bactéries formant un biofilm22,25. Cependant, on sait peu de choses sur l'avantage écologique de la sécrétion de ligands précipitants tels que le PA dans le contexte de la compétition microbienne et sur le devenir du Fe une fois complexé au PA.