Un quart des pathogènes bactériens peut propager la résistance aux antibiotiques directement à leurs pairs

« Un quart des pathogènes bactériens peut propager la résistance aux antibiotiques directement à leurs pairs », source communiqué de Duke Univesrity.

Les antibiotiques n'affectent pas la vitesse à laquelle les pathogènes partagent les gènes de résistance.

Les ingénieurs biomédicaux de l'Université Duke ont démontré qu'au moins 25 pour cent des bactéries pathogènes résistantes aux antibiotiques retrouvées en milieu clinique sont capables de propager leur résistance directement à d'autres bactéries. Dans le même temps, l'étude montre que, malgré des croyances communes, l'utilisation d'antibiotiques n'affecte pas de manière significative la vitesse à laquelle les gènes responsables de la résistance sont échangés entre les bactéries.

Les chercheurs ont utilisé une nouvelle méthode à haut débit pour mesurer la vitesse à laquelle les bactéries échangent les paquets d'ADN qui confèrent une résistance. La vitesse et la capacité d'automatiser une grande partie du processus pourraient permettre de nouvelles informations sur les variables affectant les taux de transfert. De tels efforts pourraient aider les médecins à ralentir, voire inverser, la propagation de la résistance chez certains pathogènes humains.

Les résultats sont publiés en ligne le 24 janvier dans la revue Science Advances.

« Nos recherches antérieures ont montré que les antibiotiques n'affectent pas la vitesse à laquelle les bactéries propagent leur résistance directement à leur communauté avec des souches de laboratoire de E. coli », a déclaré Lingchong You, professeur de génie biomédical à Duke. « Mais nous voulions voir si cela est également vrai pour les souches cliniques de pathogènes qui existent réellement dans le monde. »

Chaque pathogène résistant aux antibiotiques porte une recette génétique pour sa résistance. Mais comme les cookies aux pépites de chocolat, toutes les recettes ne sont pas les mêmes, et toutes ne sont pas facilement enseignées aux autres. Une façon de transférer la résistance, cependant, est que cette recette génétique soit soigneusement écrite dans une sorte de livre partageable appelé plasmide, qui est ensuite capté et lu par une bactérie voisine via un processus appelé conjugaison.

Alors que la résistance aux antibiotiques se développe dans le monde, les scientifiques tentent de trouver un moyen de prévenir sa propagation. Mais parce que beaucoup d'antibiotiques proviennent de sources naturelles, il serait impossible d'éliminer complètement la résistance dans la nature, ce qui signifie qu'il y aura toujours des réservoirs de bactéries remplis de livres de recettes pour la résistance.

« Le vrai problème est donc la résistance qui se propage vers les pathogènes qui nuisent aux humains », a déclaré Jonathan Bethke, doctorant travaillant dans le laboratoire de You et premier auteur du nouvel article. « Nous cherchons à bien comprendre les facteurs qui affectent leur taux de conjugaison, car si vous pouvez ralentir suffisamment ce processus, les plasmides porteurs des gènes de résistance peuvent chuter d'une population. »

Une vidéo de bactéries rouges et vertes qui luttent pour se développer avant d'être envahies par des bactéries jaunes.

Ce film décrit le processus de base de la résistance aux antibiotiques se propageant par conjugaison de plasmides, autrement connu sous le nom de transfert de gène horizontal. Deux souches de bactéries sont cultivées ensemble pendant quatre heures. Une souche apparaît rouge et porte une résistance à un type d'antibiotique, tandis que l'autre porte des gènes mobiles qui apparaissent verts et offrent une résistance à un autre antibiotique. Après l'application des deux antibiotiques, les bactéries rouges qui ont reçu les gènes de résistance verts apparaissent en jaune et prennent le relais de la culture car elles sont résistantes aux deux antibiotiques.

Un défi majeur pour y parvenir, cependant, est la méthode classique de mesure du taux de conjugaison plasmidique. En plus d'être exigeants en main-d'œuvre, les chercheurs doivent attendre 16 heures pour qu'une nouvelle génération de bactéries se développe dans des boîtes de Petri avant d'obtenir les résultats. Cette restriction rend cette approche difficile à utiliser lorsqu'il s'agit de centaines de souches bactériennes et de dizaines de variables modifiables.

Plutôt que de prendre des années pour terminer l'expérience, Bethke et Allison Lopatkin, une ancienne étudiante diplômée du laboratoire You qui est maintenant professeur adjoint au Barnard College, ont développé une méthode qui utilise des machines automatisées et ne prend que cinq heures pour fournir des résultats. Il s'agit de mélanger deux souches de bactéries: une souche donneuse résistante à un antibiotique qui peut être partagée par conjugaison plasmidique et une souche receveuse résistante à un antibiotique différent qui ne peut pas être partagée.

Après avoir laissé les souches se mélanger et que le processus de conjugaison des plasmides se déroule pendant un certain temps, le mélange bactérien est transféré dans des flacons contenant des nutriments et les deux antibiotiques. Cela favorise la croissance des bactéries receveuses qui ont reçu avec succès les plasmides du donneur pour la résistance tout en ralentissant la croissance de tous les autres. Les chercheurs attendent ensuite de voir combien de temps la nouvelle population avec une double résistance prend pour atteindre un certain seuil, ce qui indique combien de temps cela va mettre à commencer.

« Cette méthode ouvre la possibilité de tester de nombreux autres médicaments ou facteurs environnementaux pour voir comment ils influencent le taux de conjugaison des plasmides », a déclaré Bethke. « Cela nous permettra également de déterminer s'il existe une sorte de déterminant génétique qui joue un plus grand rôle en termes de taux de transfert. »

Vous et Bethke en collaboration avec Joshua Thaden, professeur adjoint de médecine à Duke, et Vance Fowler, professeur de médecine à Duke, pour obtenir 219 isolats cliniques de pathogènes - microbes retrouvés chez de vrais patients. Tous présentaient une résistance à la bêta-lactamase, la forme d'antibiotique la plus courante utilisée aujourd'hui. En mesurant le taux de conjugaison plasmidique avec et sans antibiotiques de la famillle des bêta-lactamases présents, ils ont montré que, à l'exception d'une valeur aberrante, ces antibiotiques n'augmentent pas le taux de partage de la résistance. Ils ont également découvert que plus de 25% des souches étudiées sont capables de partager leur résistance à des taux suffisamment rapides pour être détectés.

« Nous avons été surpris de découvrir qu'il était si haut », a déclaré You. « Et bien sûr, les antibiotiques favorisent la propagation de la résistance, mais notre étude indique que c'est principalement par le biais d'une dynamique de population sélective plutôt que par une augmentation du taux de conjugaison des plasmides. »

Les chercheurs ont également examiné comment de légères variations dans la génétique des plasmides de résistance eux-mêmes affectent leur taux de conjugaison. En collaboration avec le laboratoire de Minfeng Xiao au BGI Genomics à Shenzhen, en Chine, l'équipe a séquencé les plasmides et analysé leur ADN. Ils ont ensuite classé les plasmides en « groupes de mobilité » en fonction de la façon dont ils sautent entre les cellules et en « groupes d'incompatibilité » en fonction de la façon dont ils se répliquent. À la grande surprise des chercheurs, ils ont découvert que même s'il n'y avait que deux groupes de mobilité présents dans leur bibliothèque d'échantillons, aucun d'eux n'affectant le taux de conjugaison, il y avait sept groupes d'incompatibilité - et ils affectaient beaucoup le taux de conjugaison.

« Il s'agit d'une découverte préliminaire mais potentiellement importante car ces deux classifications sont génétiques, ce qui les rend faciles à identifier », a déclaré Bethke. « Si nous pouvons commencer à construire une bibliothèque de marqueurs génétiques qui indiquent quelle est la capacité d'un pathogène à propager sa résistance directement à ses voisins, alors nous pouvons commencer à faire de grandes prédictions sur des choses comme les réseaux de transfert de gènes horizontaux et peut-être commencer à comprendre comment les bactéries évoluent à travers ce processus dans son ensemble. »

« Une telle bibliothèque aurait également des implications directes sur la façon dont les médecins utilisent les antibiotiques sur le terrain », a déclaré You. « Cette connaissance aiderait les médecins à prendre des décisions spécifiques au patient sur l'opportunité ou non d'administrer des antibiotiques. »