Schéma de la transition des bactéries en essaim à la formation d'un biofilm via la séparation de phase induite par la motilité (ou MIPS pour motility-induced phase separation). Cliquez sur l'image pour l'agrandir.
«Comment des bactéries en essaim conduisent à des biofilms multicouches résistants aux antibiotiques», source EurekAlert!
De nouvelles connaissances sur les interactions physiques qui ont lieu entre des bactéries en essaim lorsqu'elles sont exposées à des antibiotiques pourraient conduire à de nouvelles approches pour traiter les infections chez les patients.
L'équivalent bactérien d'un embouteillage provoque la formation de biofilms multicouches en présence d'antibiotiques, montre une étude publiée en intégralité dans eLife.
L'étude révèle comment le comportement collectif des colonies bactériennes peut contribuer à l'émergence d'une résistance aux antibiotiques. Ces informations pourraient ouvrir la voie à de nouvelles approches de traitement des infections bactériennes qui aident à contrecarrer l'émergence de résistances.
Les bactéries peuvent acquérir une résistance aux antibiotiques par des mutations génétiques. Mais ils peuvent aussi se défendre via des comportements collectifs tels que se regrouper dans un biofilm, un film mince et visqueux composé de nombreuses bactéries moins sensibles aux antibiotiques. Les essaims de bactéries peuvent également subir un phénomène similaire aux embouteillages humains appelés «séparation de phase induite par la motilité», dans lesquels ils ralentissent lorsqu'il y a un grand nombre de bactéries entassées.
«Dans notre étude, nous voulions voir si les bactéries au sein mouvement collectifs en essaim peuvent utiliser des interactions physiques telles que la séparation de phase induite par la motilité pour surmonter certains stress, y compris l'exposition aux antibiotiques», a dit le premier auteur, Iago Grobas, doctorant à la Warwick Medical School, Université de Warwick. , Royaume-Uni.
Dans leur étude, Grobas et ses collègues ont exposé une colonie d'une bactérie environnementale commune appelée Bacillus subtilis à un antibiotique appelé la kanamycine dans une boîte de Petri de laboratoire. Ils ont enregistré une vidéo accélérée du comportement de la bactérie et ont découvert qu'elle formait des biofilms en présence du médicament.
Plus précisément, l'équipe a montré que le biofilm se forme parce que les bactéries commencent à se regrouper à une certaine distance de l'antibiotique, laissant place à de multiples couches de bactéries en essaim.
«Les couches s'accumulent grâce à un mécanisme physique par lequel des groupes de cellules se déplaçant ensemble entrent en collision», explique Grobas. «La collision génère suffisamment de stress pour empiler les cellules, qui se déplacent ensuite plus lentement, attirant plus de cellules grâce à un mécanisme similaire à la séparation de phase induite par la motilité. Ces multiples couches conduisent alors à la formation de biofilm.»
Ensuite, l'équipe a testé une stratégie pour arrêter cette formation et ainsi empêcher la résistance aux antibiotiques de se produire de cette manière. Ils ont constaté que le fractionnement d'une dose unique en deux étapes sans modifier la quantité totale d'antibiotiques réduisait fortement l'émergence d'un biofilm.
Les auteurs disent que des recherches supplémentaires sont désormais nécessaires pour déterminer si les bactéries dangereuses pour l'homme utilisent des comportements similaires pour survivre à l'exposition aux antibiotiques. Si tel est le cas, les traitements futurs devraient tenir compte de ces comportements afin de réduire la résistance aux antibiotiques.
«Nos découvertes remettent en question la façon dont nous utilisons les antibiotiques et montrent que l'augmentation du dosage n'est pas toujours le meilleur moyen d'arrêter le développement du biofilm», déclare le co-auteur principal Munehiro Asally, professeur associé à la School of Life Sciences de l'Université de Warwick. «Le moment de l'exposition des bactéries aux médicaments est également important.»
«Ces informations pourraient nous conduire à repenser la manière dont les antibiotiques sont administrés aux patients lors de certaines infections» conclut le co-auteur principal Marco Polin, professeur associé au Département de physique de l'Université de Warwick et chercheur à l'Institut méditerranéen des études avancées. (IMEDEA), Majorque.
