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.
«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.
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).
