Antibiorésistance : les supers pouvoirs des bactéries visualisés en direct

Paris, le samedi 8 juin 2019 - Pour la première fois, le processus d’acquisition de l’antibiorésistance a été filmé en temps réel par une équipe de l’Inserm. Les chercheurs ont mis en évidence, qu’en moins de deux heures, l’ADN de la pompe TeTA, transmis à la bactérie receveuse, était traduit en protéines fonctionnelles lui conférant sa résistance. Ils ont également démontré l’action de la pompe AcrAB-ToIC dans la dissémination au sein de la population bactérienne. Les résultats de ces travaux viennent de paraître dans Science. Le docteur Christian Lesterlin, chercheur Inserm au sein du laboratoire « Microbiologie moléculaire et biochimie structurale » (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1) revient pour nous sur cette étape majeure.

JIM.fr : Vous avez réussi à filmer en direct le processus d’acquisition de la résistance de la bactérie Escherichia coli à la tétracycline. Pouvez-vous nous expliquer l’objectif de vos travaux ?

Dr Christian Lesterlin : Les transferts horizontaux de gènes chez les bactéries, parmi lesquels les facteurs de pathogénicité, de résistance aux antibiotiques, aux antiseptiques ou aux métaux lourds, ont fait l’objet de nombreuses études depuis les années 40 époque à laquelle ce mécanisme a été découvert. Les données de génomique et de séquençage ont montré que nombre de ces bactéries portaient des éléments transférables comportant une ou plusieurs résistances à quasiment tous les antibiotiques en usage clinique actuellement. Cependant, il existait très peu de données sur la façon dont ce mécanisme de transfert de gènes et d’acquisition de résistance se passe à l’échelle cellulaire tant sur le plan de la régulation cellulaire que sur celui de la chronologie. Nous avons donc eu l’idée de développer un système génétique à l’aide de la microscopie afin d’observer en temps réel, par marquage fluorescent, le transfert de l’ADN de la pompe à efflux TetA d’une bactérie résistante à une bactérie sensible et de caractériser la manière dont cette bactérie sensible se convertit en bactérie résistante. Nous avons ensuite mesuré l’impact des molécules antibiotiques sur ce milieu.

Dix minutes pour transformer l’ADN simple brin en plasmide double brin

JIM.fr : Vous avez mis en évidence qu’en une à deux heures seulement, le fragment d’ADN simple brin de la pompe à efflux, transmis par la bactérie résistante à la bactérie sensible, était transformé en ADN double brin puis traduit en protéine fonctionnelle conférant ainsi la résistance à la bactérie receveuse. La rapidité de ce mécanisme vous a-t-elle surpris ?

Dr Christian Lesterlin : Sur boîtes, la vitesse du transfert d’ADN d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse avait déjà été constatée. Mais avec notre système, nous avons pu voir, pour la première fois, en suivant la progression de la fluorescence, les différentes étapes et leur chronologie. Dès que les bactéries résistantes et sensibles sont en contact, le transfert de la molécule d’ADN à l’état simple brin s’effectue immédiatement. En une dizaine de minutes, l’ADN simple brin est converti en plasmide double brin dans la cellule receveuse. Et, ce sur quoi nous n’avions aucune donnée et que nous avons pu caractériser, c’est que l’expression des gènes et la traduction en protéines s’effectuent en une centaine de minutes. C’est-à-dire qu’en moins de deux heures, la bactérie receveuse contient autant de protéines facteurs de résistance que la bactérie donneuse elle-même !

JIM.fr : Vous avez observé qu’un autre facteur essentiel, la pompe AcrAB-ToIC, était également impliqué dans le processus d’acquisition de la résistance. Pouvez-vous nous détailler cela ?

Dr Christian Lesterlin : Après avoir regardé le processus de résistance, nous souhaitions mesurer l’impact de la présence d’antibiotiques dans le milieu pendant cet échange, avec la tétracycline.

Le transfert de gènes n’est pas influencé par la présence d’antibiotiques

Nous avons pu voir que les bactéries sensibles sont parfaitement capables de recevoir l’ADN de la résistance avec la même fréquence que lorsqu’il n’y a pas d’antibiotique. Le transfert de gènes n’est pas donc pas influencé par la présence d’antibiotiques. Et ce qui nous a encore le plus surpris c’est que, malgré la présence de l’inhibiteur de la synthèse protéique, les bactéries, qui viennent de recevoir l’ADN, sont parfaitement capables de produire la pompe à efflux TetA, le facteur de résistance à la tétracycline ! Nous avons voulu savoir quel était le système possédé par la bactérie avant l’acquisition du plasmide lui permettant de maintenir son activité de synthèse des protéines malgré la présence de l’inhibiteur. Nous savions que la pompe à efflux généraliste AcrAB-ToIC était connue depuis longtemps pour être capable d’exporter en dehors de la cellule une grande variété de composés toxiques et antimicrobiens présents à de très faibles doses. Et, dans nos conditions où nous utilisons des doses équivalentes aux doses cliniques inhibitrices, nous avons vu que ces pompes à efflux généralistes sont actives malgré tout et réalisent un petit efflux d’exportation d’antibiotiques. Ainsi, si les bactéries ont reçu par conjugaison un gène de résistance, elles peuvent maintenir une activité résiduelle de synthèse protéique. En d’autres termes, ce système leur achète du temps afin qu’elles puissent quand même établir cette résistance.

JIM.fr : Ces mécanismes sont-ils similaires en présence d’autres antibiotiques et chez d’autres espèces de bactéries qu’Escherichia coli ?

Dr Christian Lesterlin : Chez Escherichia coli, nous avons montré que ces mécanismes marchent de la même manière non seulement en présence d’inhibiteurs de synthèse protéique mais également en présence d’inhibiteurs de transcription d’expression des gènes (de l’ADN à l’ARN messager) ainsi qu’en présence d’inhibiteurs de réplication. Dans ces trois conditions, le système de pompe à efflux généraliste AcrAB-ToIC est requis pour protéger les mécanismes essentiels de la bactérie et lui permettre de passer de « je viens d’obtenir l’ADN » à « je deviens résistante ». Et chez les autres espèces de bactéries qu’Escherichia coli, nous pouvons penser que des systèmes de pompes homologues ont un rôle tout aussi important pour la survie mais aussi pour l’acquisition et de développement de nouvelles résistances par transfert de gènes.

La dissémination des résistances n’est pas empêchée par le traitement antibiotique

JIM.fr : En France, selon le Centre européen de prévention et contrôle des maladies, l’antibiorésistance cause plus de 5000 décès par an chez les patients atteints d’infections à bactéries résistantes et près de 125 000 patients développent une infection liée à une bactérie résistante. En 2050, les maladies infectieuses d’origine bactérienne pourraient redevenir l’une des premières causes de mortalité dans le monde. Avec les nouveaux résultats de cette étude, quelles perspectives de développement thérapeutique pourraient être envisagées ?

Dr Christian Lesterlin : Ce que ce travail nous apprend, c’est que la présence d’antibiotiques n’empêche pas la dissémination des facteurs de résistance. Par exemple, si vous traitez un patient qui a un pathogène intestinal, une Salmonella, une Escherichia coli pathogène… et que vous lui prescriviez des antibiotiques, vous allez bien sûr tuer les bactéries sensibles, les pathogènes si vous avez de la chance, mais vous n’allez pas empêcher la dissémination des résistances. Une des perspectives thérapeutiques serait de proposer des traitements combinatoires associant l’antibiotique habituellement prescrit à un inhibiteur de ces pompes à efflux généralistes. Cela fait de nombreuses années que des équipes recherchent des inhibiteurs de pompe à efflux généraliste. Plusieurs molécules marchent très bien en laboratoire dans nos cultures bactériennes mais elles ont des problèmes de toxicité et ne sont donc pas utilisées en traitement clinique. Nos travaux redonnent ainsi un intérêt pour cette recherche ce qui permettrait d’éviter la dissémination de la résistance dans la population microbienne du patient affecté.


 
Le transfert d’ADN des bactéries résistantes (vertes) aux bactéries sensibles (rouges) s’observe par l’apparition de foyers de localisation rouges. L’expression rapide des gènes nouvellement acquis est révélée par la production de fluorescence verte dans les bactéries receveuses.

Crédit vidéo : Christian Lesterlin-Inserm

Propos recueillis par Alexandra Verbecq

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