Transfert d'un plasmide
(boucle verte) entre deux cellules bactériennes par le processus de
conjugaison. Source : Getting et al. Microbiology Spectrum, janvier
2018. Les bactéries partageant
leurs gènes de résistance aux antibiotiques sont l'un des
principaux vecteurs de la crise actuelle de la résistance aux
antimicrobiens. Vilhelmiina
Haavisto explore comment Salmonella
Typhimurium utilise un plasmide pour partager des gènes de
résistance dans l'intestin des mammifères, même sans pression
antibiotique. Source
tweet
de l’ASM.
«Les plasmides et la propagation
des gènes de résistance aux antibiotiques», source
article de Vilhelmiina
Haavisto paru ASM
News du 13 janvier 2023.
Bien que l'utilisation des antibiotiques soit l'une des innovations
humaines les plus importantes, leur efficacité est continuellement
érodée par la ruse de leurs cibles microbiennes. Une fois qu'une
seule bactérie a muté pour devenir résistante aux antibiotiques,
elle peut transférer cette résistance à d'autres bactéries autour
d'elle grâce à un processus connu sous le nom de transfert
horizontal de gènes. L'un des principaux véhicules de transfert de
gènes entre bactéries sont de petits morceaux circulaires d'ADN ou
plasmides. Les plasmides peuvent être transférés par contact
physique direct entre les bactéries dans un processus connu sous le
nom de conjugaison, qui aide les bactéries à partager leurs gènes
de résistance aux antibiotiques avec leurs voisins.
Bien que la conjugaison soit bien comprise au niveau moléculaire, la
façon dont elle se déroule dans les environnements que les
bactéries habitent réellement, plutôt qu'en laboratoire, est
beaucoup moins claire. Un pathogène gastro-intestinal
particulièrement polyvalent, Salmonella enterica serovar
Typhimurium, est particulièrement intéressant pour les études sur
le partage de gènes de résistance car il forme des réservoirs dits
persistants chez ses hôtes. Dans ces cas, des cellules résistantes
aux antibiotiques se cachent dans le tissu intestinal ou d'autres
organes après une infection et migrent vers la lumière intestinale
pour provoquer des réinfections après la disparition de la pression
antibiotique.
Les plasmides ‘helper’ facilitent la conjugaison
Comme S. Typhimurium rencontre fréquemment des bactéries
intestinales, le partage de plasmides et la propagation de gènes de
résistance sont une réelle préoccupation. Une étude récemment
publiée dans Journal of Bacteriology de l'ASM a découvert qu'une
souche particulière de S.
Typhimurium, connue sous le nom de SL1344, partage
ses plasmides avec d'autres bactéries à l'aide d'un autre
plasmide. L'étude, dirigée par des chercheurs de l'ETH Zurich en
Suisse, s'est concentrée sur un plasmide qui code pour les gènes de
résistance à la streptomycine et aux sulfamides, appelé P3 en
abrégé. Cependant, P3 n'a pas les gènes pour la machinerie de
conjugaison elle-même, ce qui signifie qu'il a besoin d'un plasmide
‘helper’ pour se déplacer entre les cellules ; chez S.
Typhimurium, ce plasmide helper est appelé P2.
Au niveau de la séquence, P3 ressemble très étroitement à un
autre plasmide connu sous le nom de pRSF1010, qui a une large gamme
d'hôtes, ce qui signifie qu'il peut se répliquer dans une grande
variété d'espèces bactériennes. Ainsi, les chercheurs ont émis
l'hypothèse que P3 pourrait être transféré de S.
Typhimurium à diverses espèces bactériennes dans l'environnement
intestinal des mammifères, propageant potentiellement des gènes de
résistance aux antibiotiques au fur et à mesure. L'hypothèse a été
testée sur des souris.
Les souris ont d'abord été infectées par l'une des espèces
bactériennes réceptrices, parmi lesquelles des représentants de la
flore intestinale humaine, puis par S. Typhimurium 24 heures
plus tard. Les chercheurs ont ensuite surveillé la croissance du
receveur et de S. Typhimurium, ainsi que la fréquence de
transfert de P3, en analysant les matières fécales des souris
pendant 3 jours. Ils ont identifié le transfert de P3, médié par
P2, se produisant entre S. Typhimurium et 4 receveurs
appartenant à la classe des Gammaproteobacteria,
représentant les commensaux intestinaux ainsi que les bactéries
associées aux plantes.
Dans l'ensemble, P3 semble être très «partageable» entre diverses
bactéries, à l'intérieur et au-delà de l'intestin des mammifères.
Cependant, les chercheurs ne s'attendaient pas à ce que le plasmide
soit transféré s'il n'y avait pas de pression antibiotique, car
cela ne profiterait pas directement aux bactéries pour héberger des
gènes de résistance. Ils ont été surpris par leurs découvertes.
«Pour moi, la chose la plus frappante était que… le plasmide
était absorbé par d'autres bactéries même sans la pression
sélective [des antibiotiques]», explique Marla Gaissmaier, premier
auteur de l'étude et actuellement doctorante au LMU de Munich,
Allemagne. «Je n'ai même pas attaqué la bactérie avec de la
streptomycine, il n'y avait donc aucun avantage physique directement
visible à prendre le plasmide.»
Le paradoxe du plasmide
Cependant, on ne sait toujours pas si P3 persiste chez ses receveurs
sur le long terme et pourquoi il a été transféré en premier lieu,
même lorsqu'il n'a pas directement profité aux bactéries. C'est ce
qu'on appelle le ‘paradoxe
du plasmide’, auquel plusieurs solutions ont été proposées.
Par exemple, le plasmide peut présenter des avantages de remise en
forme inconnus en plus de la résistance aux antibiotiques. En effet,
une étude récente utilisant un
autre plasmide de résistance à large gamme d'hôtes a montré
qu'il peut avoir un large éventail d'effets sur différentes souches
réceptrices, certaines obtenant un avantage de forme physique en
maintenant le plasmide. Alternativement, le plasmide peut également
agir
comme un ‘ADN purement égoïste’, uniquement concerné par
sa propre persistance et réplication.
Le transfert de plasmide conjugatif s'est également avéré être
perpétué par des produits pharmaceutiques non antibiotiques, tels
que certains analgésiques et bêta-bloquants. Dans une étude de
2022, des chercheurs ont découvert que des médicaments courants
tels que l'ibuprofène et le propranolol peuvent stimuler
le transfert d'un plasmide multirésistant à large spectre, RP4,
de Pseudomonas putida à des bactéries phylogénétiquement
diverses dans les boues activées. Les chercheurs ont également
montré que la surproduction d'espèces
réactives de l'oxygène par les bactéries en présence de
produits pharmaceutiques a probablement contribué à cette activité
conjugative améliorée.
Gérer la crise de la résistances aux antimicrobiens
(RAM)
Les guides de bonnes pratiques recommandent de réduire l'utilisation
et l'abus d'antibiotiques dans les milieux cliniques et agricoles
afin de réduire la pression sélective pour le transfert des gènes
de résistance. Par conséquent, la propagation de plasmides tels que
P3 et RP4 en l'absence de cette pression est préoccupante, car elle
suggère que la réduction de l'utilisation d'antibiotiques et de la
pollution pourrait ne pas suffire à freiner la résistance
croissante. «Cela signifie que la résistance aux antibiotiques peut
se propager même lorsque les antibiotiques ne sont pas impliqués»,
a expliqué Gaissmaier, une «pensée effrayante».
Dans l'ensemble, les études
qui sondent les mécanismes et la dynamique du transfert de plasmides
entre les bactéries sont d'une importance vitale. En comprenant où,
comment et à quelle fréquence les plasmides sont partagés, nous
pouvons continuer à rechercher et à développer des solutions pour
les agents pathogènes multirésistants émergents, ainsi qu'à
quantifier les risques et à gérer les populations mondiales sans
cesse croissantes d'agents pathogènes résistants aux antibiotiques.
De plus, nous pouvons également comprendre ce qui rend un plasmide
‘partageable’ et même comment arrêter
la conjugaison de se produire
pour freiner la propagation de la résistance aux antibiotiques. La
célèbre phrase de Sun Tzu, «connais ton ennemi», prend un nouveau
sens face à la crise de la résistance aux antimicrobiens.