De l'évolution de Campylobacter jejuni afin de mieux comprendre l'émergence de la résistance aux antibiotiques

«Des chercheurs de la Michigan State University (les Spartans ou Spartiates) enquêtent sur l'évolution des bactéries alimentaires pour mieux comprendre l'émergence de la résistance aux antibiotiques», source communiqué de la Michigan State University.

Sans une compréhension des mécanismes de l’évolution d’une bactérie spécifique, il est plus difficile de comprendre comment la résistance aux antibiotiques émerge et, de même, de trouver de nouvelles options de traitement thérapeutique et préventif - dans le cas de l’intoxication alimentaire à C. jejuni. Mais c'est ce qu'une équipe 'spartiate' de recherche s'efforce de comprendre.

L'étude

L'équipe a utilisé le milieu de Bolton, un milieu de croissance enrichi en nutriments, pour étudier l'évolution de C. jejuni. Le milieu de Bolton contient des nutriments qui aident à faciliter la croissance et le développement de C. jejuni tout en offrant une protection des pathogènes contre l'oxygène et d'autres expositions nuisibles. Avant cette étude, le milieu de Bolton n'avait pas encore été utilisé pour étudier ces populations spécifiques de C. jejuni.

Des études antérieures sur l’évolution de Campylobacter des souches bactériennes adaptées au laboratoire ont été utilisées, plutôt que des souches totalement pathogènes et cliniquement pertinentes comme Campylobacter jejuni, qui est l’espèce responsable de la plupart des maladies d’origine alimentaire chez les humains. Ceci est important car les souches adaptées au laboratoire et les souches cliniquement pertinentes évoluent différemment car elles existent dans des environnements différents. (Par exemple, les souches adaptées au laboratoire ne peuvent souvent pas se propulser d'elles-mêmes, car elles évoluent sur plusieurs générations dans l'environnement pépère d'un milieu de croissance. Cependant, cette capacité à se déplacer avec une aide extérieure, appelée motilité, est essentielle pour infecter un hôte. naturellement.)

Pour comprendre comment C. jejuni, mobile et adapté à l'hôte, évolue pour grandir et prospérer, l'équipe de recherche a mis en place une expérience mettant en vedette l'utilisation novatrice d'un environnement contrôlé: un milieu de croissance de laboratoire enrichi en nutriments.

Dans l'étude, les bactéries C. jejuni qui étaient mobiles ont été soumises à des passages et isolées à partir des microbiomes intestinaux de souris. Seules les bactéries entièrement mobiles sont restées après ce processus. Plus tard, ces différentes populations bactériennes ont été cultivées en laboratoire à l'aide du bouillon de Bolton. Au cours de cette phase, les scientifiques ont observé la perte de motilité des bactéries et d’autres changements génomiques associés.

«Cette conception du projet nous a permis de comparer l'évolution de C. jejuni dans l'environnement artificiel et riche en nutriments du milieu de croissance, où tout ce dont il a besoin pour survivre est automatiquement disponible et accessible», a dit le Dr Azam Ali Sher, premier auteur de l'étude publié par l'équipe de recherche. «C'est différent de l'intestin naturel des mammifères, où C. jejuni doit se déplacer pour coloniser et survivre.»

Après que l'équipe de recherche ait sous-cultivé cinq populations de C. jejuni adaptées à l'intestin de souris dans un milieu de croissance frais, ils ont poursuivi leur étude; pendant 35 jours, ils ont transféré 100 microlitres de sous-cultures dans le milieu frais toutes les 24 heures. Au cours de ces 35 jours, l'équipe a observé des changements dans la motilité de la bactérie et a noté trois types de motilité dans les cinq populations de C. jejuni:

• Réversiblement non mobile (ne peut pas se déplacer, mais cela pourrait changer)
• Irréversiblement immobile (ne peut pas se déplacer, et cela ne peut pas changer)
• Motile (peut se déplacer)

Après les 5 premiers jours, une partie importante des colonies de C. jejuni n'étaient pas mobiles. Au jour 20, la forme irréversiblement non mobile dominait. Cette perte de motilité a continué d'augmenter. Au jour 35, environ 80 pour cent des 5 populations étaient non mobiles.

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Rechercher dans l'ADN

Qu'est-ce qui a conduit à cette perte de motilité? Pour le savoir, l'équipe a effectué un nouveau séquençage du génome entier sur les cinq populations évoluées de C. jejuni. Cela signifie qu'ils ont examiné le génome entier de la bactérie, ou l'ensemble du matériel génétique, pour révéler «l'empreinte» génétique de chaque population.

L'équipe a détecté de nombreuses mutations perturbatrices dans les gènes des populations de C. jejuni associées au flagelle. À noter, ils ont observé que le gène rpoN avait un nombre élevé de délétions et contenait également plusieurs pseudogènes. Les tests ont révélé que les bactéries avec des gènes rpoN modifiés ou mutés se développaient nettement plus rapidement dans le milieu de croissance que la souche initiale de C. jejuni. Essentiellement, les bactéries non mobiles se sont développées plus rapidement dans le bouillon que les bactéries mobiles.

«Ce travail indique que C. jejuni subit une réduction du génome lorsqu'il est cultivé dans des milieux riches et suggère que ses mécanismes évolutifs dans différents hôtes et niches environnementales devraient être explorés», explique Linda Mansfield, professeur émérite de l'université

Regard vers l'avenir: possibilités thérapeutiques et préventives

Bien qu'une étude plus approfondie soit nécessaire pour confirmer quelles mutations ont déclenché la perte de motilité, et Sher note que les études in vitro doivent être interprétées avec prudence, les résultats de l'équipe pourraient s'avérer utiles à l'avenir pour les patients souffrant de campylobactériose.

«Il est peu probable que la perte de motilité puisse augmenter la virulence ou la survie de la bactérie chez un hôte», explique Sher. «Mais des études d'évolution expérimentales comme la nôtre ciblant d'autres gènes nécessaires pour provoquer une maladie pourraient être un outil efficace pour découvrir de nouvelles cibles médicamenteuses et des vaccins candidats contre des bactéries pathogènes comme C. jejuni.»