« 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. »
