Invisible à l’œil nu, la bactérie responsable de la salmonellose prépare son assaut dans les replis de son ADN. Une équipe de recherche révèle comment la structure de son chromosome s’adapte pour activer les gènes de virulence et transformer Salmonella en un véritable commando pathogène.

Responsable de la salmonellose, Salmonella est l’un des pathogènes alimentaires les plus répandus au monde. Présente dans les œufs, la volaille ou les produits laitiers contaminés, cette bactérie peut provoquer diarrhées, fièvre et hospitalisations. Elle coûterait chaque année plusieurs millions d’euros en Europe. Un enjeu de santé publique et économique, qui en fait une cible prioritaire pour la recherche.

C’est dans ce contexte qu’est né le projet SaDi [3][1], porté par Virginia Lioy, chercheuse CNRS à l’Institut de biologie intégrative de la cellule^[2]. Jusqu’ici, les études se concentraient surtout sur les gènes de virulence pour comprendre comment Salmonella infecte son hôte. Mais un gène n’agit jamais seul : l’organisation du chromosome dans l’espace compte tout autant. Le projet SaDi propose donc un changement d’échelle : plutôt que de zoomer sur un gène, il explore l’architecture globale du génome et sa dynamique au fil de l’infection.

Le projet est financé par l’Agence nationale de la recherche (ANR), qui soutient l’excellence de la recherche et l’innovation française au niveau national, européen et international.

Une organisation bien pliée

Le génome d’une bactérie est une longue molécule d’ADN repliée pour tenir dans un espace minuscule. Imaginez une pelote de plusieurs kilomètres de fil dans une boîte à chaussures. Ce pliage ne se fait pas au hasard : selon les besoins de la cellule, certaines zones du chromosome se rapprochent ou s’écartent. C’est ce qu’on appelle la conformation chromosomique. Cette dernière a un impact puisqu’un gène coincé au cœur de la pelote d’ADN est difficile à lire ; alors que, proche de l’extérieur, il s’exprime plus facilement. « Ce n’est pas seulement ce qu’on lit dans l’ADN qui compte, c’est aussi comment l’ADN est rangé », résume Virginia Lioy.

Chez Salmonella, ce rangement est orchestré par des protéines appelées NAPs (nucleoid-associated proteins), des sortes de pinces moléculaires qui structurent l’ADN, le tire, le déplie, etc. Selon la phase de l’infection, le chromosome adopte différentes formations impulsées par les NAPs qui sont plus ou moins favorables à l’expression des gènes de virulence.

Parmi les gènes qui intéressent particulièrement la recherche, figure l’îlot de pathogénicité appelé SPI-1. Ce fragment d’ADN code la production d’une sorte de seringue moléculaire. Celle-ci injecte des protéines de la bactérie au sein des cellules humaines en perturbant leur organisation interne. En conséquence, la cellule touchée finit par « avaler » la bactérie qui est désormais prête à l’infecter de l’intérieur. Sans SPI-1, il n’y a donc pas d’invasion. C’est un véritable commando bactérien à neutraliser.

Voir l’ADN en mouvement

Observer SPI-1 en action n’a rien d’évident. « Il ne s’exprime que dans une petite fraction des bactéries, ce qui dilue son signal dans les analyses classiques », explique Virginia Lioy. Pour contourner cet obstacle, l’équipe a mis au point un protocole pour isoler les bactéries exprimant SPI-1 obtenant ainsi deux populations : avec et sans expression de cet îlot de gènes.

Grâce à une technique de biologie moléculaire, l’équipe a ensuite cartographié la forme du chromosome dans ces deux groupes. Résultat : quand SPI-1 s’active, le repliement local de l’ADN change. Ce changement est lié à H-NS, une protéine qui agit comme garde-barrière. « En se fixant sur l’ADN, H-NS agit comme un répresseur qui bloque l’expression de SPI-1 tant que l’infection n’a pas commencé », précise la chercheuse. Quand l’alarme sonne, H-NS se retire, laissant les gènes de virulence s’exprimer au moment le plus propice.

Une technique de microscopie avancée a aussi montré que lorsque SPI-1 est actif, le groupe de gènes se déplace vers la périphérie du nucléoïde - cette zone compacte où l’ADN est rangé. Un glissement stratégique qui semblerait faciliter l’accès aux machines de transcription et de traduction pour décoder le message contenu dans l’ADN en protéines.

Une chorégraphie bien rodée

Mais la surprise vient peut-être d’ailleurs. En modifiant l’expression de certaines protéines, les scientifiques ont induit un changement de conformation du chromosome sans effet sur l’expression des gènes de virulence. « Cela suggère que l’architecture 3D du génome ne suffit pas à activer les gènes. Il y a probablement d’autres couches de régulation à découvrir », commente Virginia Lioy.

Au-delà de Salmonella, ces travaux éclairent un mécanisme plus général : la structure du chromosome évolue avec l’expression des gènes, virulents ou non. Mieux comprendre cette mécanique pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies pour neutraliser les bactéries — et ainsi contourner l’antibiorésistance et l’infection.