La transformation naturelle est un mécanisme majeur de transfert horizontal de gènes, permettant à de nombreuses bactéries d'acquérir de nouvelles fonctions, notamment des résistances aux antibiotiques. Si plusieurs protéines impliquées dans ce processus ont été identifiées, l'organisation précise de la machinerie assurant le transport de l'ADN simple brin à travers la membrane restait jusqu'ici incomplètement résolue.

Dans cette étude, les auteurs ont utilisé les capacités de modélisation structurale d'AlphaFold3 pour reconstituer l'architecture complète du complexe de transport de l'ADN simple brin chez Streptococcus pneumoniae. Le modèle généré révèle l'association de trois protéines, ComEC, ComFA et ComFC, formant un complexe tripartite. ComEC constitue un canal transmembranaire par lequel l'ADN simple brin traverse la membrane, tandis que ComFA et ComFC, situées dans le cytoplasme, assurent la prise en charge de l'ADN transformant à l'issue du canal. 

​ @DRCM, CEA​

​(A) Machinerie et étapes de capture de l'ADN dans la transformation bactérienne chez Streptococcus pneumoniae (Sp). Les protéines étudiées sont en couleur : ComEC, protéine transmembranaire présentant un canal conservé, et le duo ComFA-ComFC, connues pour interagir l'une avec l'autre, et dont nous avons exploré l'implication dans ce processus. (B) Modèle structural par AlphaFold du complexe de trois protéines ComEC, ComFC et ComFA, en interaction avec l'ADN simple brin.​

Pour tester la robustesse du modèle, les chercheurs ont ensuite ciblé des acides aminés prédits comme essentiels pour les interactions entre protéines ou avec l'ADN simple brin. Les mutations obtenues entraînent des diminutions importantes de l'efficacité de transformation, jusqu'à un facteur supérieur à 1 000 pour certaines combinaisons, confirmant le rôle déterminant de ces résidus dans le transport de l'ADN. Ces expériences permettent de proposer un modèle où un monomère de ComEC forme un canal étroit par lequel passe l'ADN simple brin et montrent que ce mécanisme est conservé au-delà des Firmicutes, chez la bactérie à gram négatif Helicobacter pylori, suggérant un mécanisme ancestral partagé. L'interaction structurante entre ComEC et ComFC, organisée autour d'un motif « hook–pocket » particulièrement conservé, apparaît comme un élément central de la stabilité et du fonctionnement du complexe. De plus, l'étude démontre que l'organisation générale du triplet ComEC-ComFA-ComFC est conservée chez les Firmicutes.

Au-delà de la validation fonctionnelle d'un modèle structuro-moléculaire complet, ce travail illustre l'intérêt des approches intégrées combinant prédiction par intelligence artificielle et génétique expérimentale. Il fournit un éclairage inédit sur les mécanismes qui permettent le transport de l'ADN dans les bactéries et contribue à une meilleure compréhension des processus qui sous-tendent l'adaptation et l'évolution microbiennes.

​Contact : Pablo Radicella

Référence : Article PNAS