Une nouvelle analyse révèle comment Staphylococcus aureus
acquiert des mutations qui lui permettent de coloniser les plaques
d'eczéma.
La peau humaine abrite des millions de microbes. L'un de ces
microbes, Staphylococcus aureus, est un agent pathogène
opportuniste qui peut envahir les plaques de peau touchées par
l'eczéma, également connu sous le nom de dermatite atopique.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs du MIT et d'autres
institutions ont découvert que ce microbe peut évoluer rapidement
dans le microbiome d'une seule personne. Ils ont découvert que chez
les personnes atteintes d'eczéma, S. aureus a
tendance à évoluer vers un variant avec une mutation dans un gène
spécifique qui l'aide à se développer plus rapidement sur la peau.
Cette étude marque la première fois que des scientifiques observent
directement ce type d'évolution rapide chez un microbe associé à
un trouble cutané complexe. Les résultats pourraient également
aider les chercheurs à développer des traitements potentiels qui
apaiseraient les symptômes de l'eczéma en ciblant des variants
de S. aureus qui présentent ce type de mutation et
qui ont tendance à aggraver les symptômes de l'eczéma.
«Il s'agit de la première étude à montrer que le génotype de
Staphylococcus aureus changent chez des
personnes atteintes de dermatite atopique», a dit Tami Lieberman,
professeur adjoint de génie civil et environnemental et membre de
l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT.
«À ma connaissance, il s'agit de la preuve la plus directe de
l'évolution adaptative du microbiome cutané.» L’étude est parue dans Cell
Host and Microbe.
Adaptation bactérienne
On estime qu'entre 30 et 60% des personnes sont porteuses de S.
aureus dans leurs narines, où il est généralement
inoffensif. Chez les personnes atteintes d'eczéma, qui touche
environ 10 millions d'enfants et 16 millions d'adultes aux
États-Unis, S. aureus se propage souvent aux
plaques d'eczéma et infecte la peau.
«Lorsqu'il y a une rupture dans la peau, Staphylococcus
aureus peut trouver une niche où il peut se développer et
se répliquer», explique Lieberman. «On pense que les bactéries
contribuent à la pathologie car elles sécrètent des toxines et
recrutent des cellules immunitaires, et cette réaction immunitaire
endommage davantage la barrière cutanée.»
Dans cette étude, les chercheurs ont voulu explorer comment S.
aureus est capable de s'adapter à la vie sur la peau des
patients atteints d'eczéma.
«Ces microbes vivent normalement dans le nez, et nous avons voulu
savoir si lorsqu'il se retrouve sur une peau de dermatite atopique,
a-t-il besoin de changer pour y vivre ? Et pouvons-nous apprendre
quelque chose sur la façon dont ces bactéries interagissent avec la
peau de la dermatite atopique en observant son évolution ?»
dit Liberman.
Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont recruté des
patients âgés de 5 à 15 ans qui étaient traités pour un eczéma
modéré à sévère. Ils ont prélevé des échantillons de microbes
sur leur peau une fois par mois pendant trois mois, puis à nouveau
tous les neuf mois. Des échantillons ont été prélevés à
l'arrière des genoux et à l'intérieur des coudes (les sites les
plus couramment touchés par l'eczéma), les avant-bras, qui ne sont
généralement pas touchés, et les narines.
Les cellules de S. aureus de chaque site d'échantillonnage
ont été cultivées séparément pour créer jusqu'à 10 colonies à
partir de chaque échantillon, et une fois les colonies formées, les
chercheurs ont séquencé les génomes des cellules. Cela a donné
près de 1 500 colonies uniques, ce qui a permis aux chercheurs
d'observer l'évolution des cellules bactériennes de manière
beaucoup plus détaillée qu'auparavant.
En utilisant cette technique, les chercheurs ont découvert que la
plupart des patients conservaient une seule lignée de S. aureus,
c'est-à-dire qu'il était très rare qu'une nouvelle souche
provienne de l'environnement ou d'une autre personne et remplace la
souche existante de S. aureus. Cependant, au sein de chaque
lignée, de nombreuses mutations et évolutions se sont produites au
cours des neuf mois de l'étude.
«Malgré la stabilité au niveau de la lignée, nous voyons beaucoup
de dynamique au niveau du génome entier, où de nouvelles mutations
apparaissent constamment dans ces bactéries et se propagent ensuite
dans tout le corps», explique Lieberman.
Bon nombre de ces mutations sont apparues dans un gène appelé capD,
qui code pour une enzyme nécessaire à la synthèse du
polysaccharide capsulaire - un revêtement qui protège S.
aureus de la reconnaissance par les cellules immunitaires.
Chez deux des six patients profondément échantillonnés, les
cellules porteuses de mutations capD ont pris le contrôle de
l'ensemble de la population du microbiome cutané de S. aureus,
ont découvert les chercheurs. D'autres patients ont été colonisés
par des souches initialement dépourvues d'une copie fonctionnelle du
capD, pour un total de 22% des patients dépourvus de capD à la fin
de l'étude. Chez un patient, quatre mutations différentes de capD
sont apparues indépendamment dans différents échantillons de S.
aureus, avant qu'une de ces variants ne devienne dominant et ne
se propage sur l'ensemble du microbiome.
Traitement ciblé
Lors de tests sur des cellules bactériennes se développant dans une
boîte de laboratoire, les chercheurs ont montré que les mutations
de capD permettaient à S. aureus de se développer plus
rapidement que les souches de S. aureus avec un gène capD
normal. La synthèse du polysaccharide capsulaire nécessite beaucoup
d'énergie, donc lorsque les cellules n'ont pas à le faire, elles
ont plus de carburant pour alimenter leur propre croissance. Les
chercheurs émettent également l'hypothèse que la perte de la
capsule pourrait permettre aux microbes de mieux adhérer à la peau
car les protéines qui leur permettent d'adhérer à la peau sont
plus exposées.
Les chercheurs ont également analysé près de 300 génomes de
bactéries accessibles au public isolés chez des personnes atteintes
d'eczéma et sans eczéma, et ont constaté que les personnes
atteintes d'eczéma étaient beaucoup plus susceptibles d'avoir des
variants de S. aureus qui ne pouvaient pas produire le
polysaccharide capsulaire que les personnes sans eczéma.
L'eczéma est généralement traité avec des hydratants ou des
stéroïdes topiques, et les médecins peuvent prescrire des
antibiotiques s'il apparaît que la peau est infectée. Les
chercheurs espèrent que leurs découvertes pourraient conduire au
développement de traitements qui atténuent les symptômes de
l'eczéma en ciblant des variants de S. aureus présentant des
mutations dans le polysaccharide capsulaire.
«Nos résultats dans cette étude fournissent des indices sur la
façon dont S. aureus évolue à l'intérieur des hôtes et
révèlent certaines des caractéristiques qui pourraient aider les
bactéries à rester sur la peau et à générer des maladies plutôt
que de pouvoir être arrachées», déclare Maria Teresa
García-Romero, dermatologiste et professeur assistant au National
Institute of Pediatrics à Mexico. À l'avenir, les variants de S.
aureus présentant des mutations dans le polysaccharide
capsulaire pourraient constituer une cible pertinente pour des
traitements potentiels.»
Le laboratoire de Lieberman
travaille actuellement au développement de probiotiques qui
pourraient être utilisés pour cibler les souches de S.
aureus
à sans
capsule.
Son laboratoire étudie également si les souches de S.
aureus
avec des mutations de
capD sont
plus susceptibles de se propager aux autres membres du foyer d'un
patient atteint d'eczéma.
NB : Image en
microscopie électronique à balayage montrant quatre bactéries
Staphylococcus
aureus
de couleur jaune, de forme sphéroïde. Credit : National Institute
of Allergy and Infectious Diseases (NIAID).
