Publié le 14 novembre 2023 10:35. Des chercheurs américains ont découvert que les parasites responsables du paludisme contiennent des cristaux de fer microscopiques en rotation constante, un mouvement alimenté par une réaction chimique similaire à celle des fusées spatiales. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouveaux traitements contre cette maladie tropicale mortelle.
- Les cristaux de fer présents dans le parasite Plasmodium falciparum tournent à une vitesse extrême, un phénomène resté inexpliqué pendant des décennies.
- Cette rotation est alimentée par la dégradation du peroxyde d’hydrogène, un sous-produit métabolique du parasite, via une réaction chimique utilisée dans l’ingénierie aérospatiale.
- La compréhension de ce mécanisme pourrait permettre de développer de nouveaux médicaments ciblant spécifiquement le parasite, tout en minimisant les effets secondaires.
Depuis longtemps, les cristaux de fer présents dans les cellules du parasite Plasmodium falciparum, responsable du paludisme, intriguent les scientifiques. Ces structures microscopiques, contenues dans un compartiment cellulaire dédié, ont toujours présenté un mouvement chaotique et rapide, rendant leur étude difficile avec les techniques traditionnelles. Jusqu’à présent, la raison de cette agitation restait un mystère.
Une équipe de chercheurs de l’Université de l’Utah, en collaboration avec le Price College of Engineering de la même université, a finalement percé le secret de cette danse incessante. Leur étude, publiée dans la revue PNAS, révèle que les cristaux de fer tirent leur énergie de la décomposition du peroxyde d’hydrogène (H₂O₂), un composé chimique également utilisé comme carburant pour les fusées.
« Les gens ont tendance à ignorer ce qu’ils ne comprennent pas, et comme le mouvement de ces cristaux est si étrange et déroutant, il est resté un angle mort pour la parasitologie pendant des décennies », explique Paul Sigala, professeur agrégé de biochimie à la faculté de médecine Spencer Fox Eccles de l’Université de l’Utah.
Les chercheurs ont découvert que la dégradation du peroxyde d’hydrogène en eau et en oxygène libère de l’énergie, propulsant ainsi les cristaux. Erica Hastings, chercheuse postdoctorale en biochimie, précise :
« Cette décomposition du peroxyde d’hydrogène a été utilisée pour alimenter des fusées à grande échelle. Mais je ne crois pas que cela ait jamais été observé dans les systèmes biologiques. »
L’équipe a constaté que la simple présence de peroxyde d’hydrogène suffisait à induire la rotation des cristaux purifiés, sans nécessiter la présence du parasite. Inversement, en réduisant les niveaux d’oxygène et donc la production de peroxyde d’hydrogène dans les parasites, ils ont observé un ralentissement significatif de la vitesse de rotation des cristaux, jusqu’à la moitié de leur rythme normal.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que ce mouvement frénétique pourrait jouer un rôle crucial dans la survie du parasite. Le peroxyde d’hydrogène est en effet une substance toxique pour les cellules, et la rotation des cristaux pourrait permettre au parasite de « brûler » l’excès de ce composé avant qu’il ne cause des dommages.
Sigala ajoute que la rotation pourrait également faciliter le traitement de l’hème, un composé à base de fer, en empêchant les cristaux de s’agglomérer. Des cristaux agglomérés réduiraient la surface disponible pour le stockage de l’hème, limitant ainsi la capacité du parasite à gérer cet excès.
Cette découverte représente le premier exemple connu en biologie de nanoparticules métalliques autopropulsées. Les chercheurs pensent que ce phénomène pourrait être plus répandu qu’on ne le croit et qu’il pourrait inspirer de nouvelles conceptions pour les robots microscopiques.
« Les particules automotrices nano-conçues peuvent être utilisées pour diverses applications industrielles et d’administration de médicaments, et nous pensons que ces résultats permettront d’obtenir des informations potentielles. »
déclare Sigala.
À terme, ces recherches pourraient conduire à l’élaboration de médicaments antipaludiques plus efficaces. En bloquant la chimie à la surface des cristaux, il pourrait être possible de tuer les parasites. Le fait que ces mécanismes soient spécifiques au parasite, et absents des cellules humaines, réduit considérablement le risque d’effets secondaires indésirables.
« Si nous ciblons un médicament sur une zone très différente des cellules humaines, il n’aura probablement pas d’effets secondaires extrêmes. Si nous pouvons définir en quoi ce parasite est différent de notre corps, cela nous donne accès à de nouvelles orientations pour les médicaments. »
explique Hastings.
Cette étude a été soutenue par les National Institutes of Health, le Utah Center for Iron & Heme Disorders, le Price College of Engineering et l’Initiative 3i de l’Université de l’Utah Health.
Source: Université de l’Utah
