En transmettant virus, bactéries et parasites responsables de maladies telles que le paludisme, la dengue ou encore le chikungunya, le moustique est l’un des organismes les plus néfastes à la santé humaine. Pour en réduire les populations, la plupart des pays utilisent des insecticides chimiques qui non seulement génèrent des résistances mais sont également toxiques pour de nombreux animaux à sang froid comme les abeilles, les crustacés et les poissons. Comment réduire les populations de moustiques sans impacter l’environnement, ni induire de résistance ?
C’est là qu’intervient
Bacillus thuringiensis (souvent abrégé en Bt), une espèce de bactérie utilisée pour ses propriétés insecticides. Bt désigne également de façon générique les molécules pesticides parfois dénommées thuringiensines, qui sont les toxines produites par cette bactérie.
Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) produit quatre toxines sous forme de nano-cristaux qui ciblent spécifiquement les larves de moustiques, les empêchant de devenir des vecteurs de maladies ravageuses. À la suite de l’ingestion de ces cristaux par les larves du moustique, ceux-ci se dissolvent en effet dans leur intestin et s’oligomérisent dans les membranes des cellules intestinales sous l’action d’enzymes (des protoxines digestives). Il en résulte une perforation de l’intestin de la larve qui entraîne sa mort.
Les chercheurs de notre institut, menant un consortium de 11 laboratoires, se sont focalisés sur Cyt1Aa, l’une de ces 4 toxines. Cyt1Aa est une toxine spécifique, capable d’interagir directement avec les membranes des cellules intestinales de moustique, et pour laquelle aucune résistance n’a à ce jour été observée dans les zones traitées au
Bti. En combinant plusieurs approches de biologie structurale, de biologie moléculaire, de biochimie, biophysique et de toxicologie, les chercheurs ont élucidé la cascade d’activation de Cyt1Aa, depuis sa cristallisation au sein de la bactérie jusqu’à l’activité toxique chez l’insecte.
En permettant une compréhension fine des mécanismes de cristallisation de Cyt1Aa et son devenir dans le tractus digestif des moustiques, ces travaux ouvrent la voie à une adaptation rationnelle des propriétés de cette toxine naturelle avec comme perspectives l’extension de son spectre d’action, l’augmentation de sa toxicité et la réduction des coûts de production, autorisant alors une utilisation large de cet anti-moustique sans danger pour l’environnement.
Des cristaux de taille submicronique de Cyt1Aa ont été cultivés
in vivo par expression recombinante dans Bti, et leur qualité a été évaluée par microscopie électronique à balayage (échelle = 200 nm) avant qu'ils ne soient utilisés pour la détermination des structures par cristallographie femtoseconde en série au moyen d'un laser à électrons libres (XFEL).