Comment les bactéries se sacrifient pour rendre les antibiotiques inefficaces
Cette découverte aide les scientifiques à comprendre les mécanismes de survie des bactéries et, par conséquent, à améliorer l'efficacité des antibiotiques
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Les bactéries peuvent se défendre contre les antibiotiques grâce à une enzyme libérée par les cellules mourantes. Telle est la conclusion à laquelle est parvenu un groupe de recherche composé de chercheurs de l’Institut de physique biologique de l’université de Cologne et de Wageningen University & Research. Cette découverte aide les scientifiques à comprendre les mécanismes de survie des bactéries et, par conséquent, à améliorer l’efficacité des antibiotiques. L'équipe dirigée par le professeur Joachim Krug à Cologne et le professeur Arjan de Visser à Wageningen a démontré que les bactéries Escherichia coli (E. coli) sont capables de produire une enzyme qui décompose chimiquement l'antibiotique, le rendant ainsi inefficace. Comme cette enzyme est notamment libérée par les bactéries mourantes, les chercheurs parlent de « mort cellulaire altruiste », qui assure la survie de la population dans son ensemble. Ces résultats contribuent à expliquer les mécanismes de survie collective des bactéries, ce qui, à son tour, contribue à améliorer l’efficacité des antibiotiques existants et futurs. Les résultats ont été publiés sous le titre « Contributions of intra- and extracellular antibiotic degradation to collective β-lactam survival » dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Cette recherche a été financée par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) dans le cadre des travaux du Centre de recherche collaborative 1310 « Prédictabilité dans l’évolution ».
Ce projet a été lancé à la suite d’une découverte faite par le premier auteur de l’étude, le Dr Rotem Gross (Université de Cologne), démontrant que, bien que les cultures bactériennes meurent initialement lorsqu’elles sont exposées à l’antibiotique, elles finissent par se rétablir et continuent de se développer sans entrave. L’équipe a étudié deux souches différentes de la bactérie E. coli – des agents pathogènes responsables, entre autres, d’infections des voies urinaires, ainsi que de septicémies et d’infections nosocomiales – et leur réaction à l’administration de bêta-lactamines, la classe d’antibiotiques la plus largement utilisée dans le monde. Les bactéries produisent l’enzyme bêta-lactamase, qui décompose chimiquement l’antibiotique. Dès que la concentration de celui-ci est tombée en dessous d’un seuil critique sous l’effet de l’activité enzymatique, les cultures bactériennes ont commencé à se rétablir. « Par conséquent, la mort d’une partie des bactéries contribue de manière significative à la survie à long terme de la population dans son ensemble, ce qui peut être interprété comme un exemple de comportement collectif altruiste », explique Joachim Krug.
Outre les bactéries mourantes, les bactéries survivantes contribuent elles aussi à lutter contre l’antibiotique. Elles produisent elles aussi cette enzyme, mais celle-ci reste à l’intérieur de la cellule, où elle dégrade l’antibiotique absorbé. Les bactéries mourantes libèrent quant à elles l’enzyme. Ce phénomène s’observe chez les deux souches d’E. coli étudiées. Les chercheurs ont toutefois constaté que la mesure dans laquelle la mort cellulaire contribue à la réduction de la concentration en antibiotique varie considérablement entre les deux souches d’E. coli étudiées. Cela suggère que les souches réagiront également différemment à l’administration d’inhibiteurs de bêta-lactamases, car ceux-ci ne sont efficaces que dans le milieu de culture et ne peuvent pas pénétrer dans les cellules intactes. Les inhibiteurs de bêta-lactamases sont des substances conçues pour contourner le mécanisme de résistance des bactéries. Un niveau plus élevé de mort cellulaire altruiste rend donc la population plus sensible à ces substances, qui sont déjà couramment utilisées pour traiter les infections. Joachim Krug : « Nous avons été étonnés par la diversité des mécanismes de défense que les bactéries sont capables de mobiliser, même dans de simples conditions de laboratoire. » Il est donc très difficile de prédire l’efficacité d’antibiotiques spécifiques dans des conditions physiologiques réalistes, un défi que l’équipe espère relever à l’avenir.
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