La lutte contre les infections bactériennes, notamment celles provoquées par des agents pathogènes résistants, bat son plein avec la recherche de nouveaux agents antibiotiques.
L'objectif est d'identifier les substances qui attaquent les agents pathogènes d'une manière vraiment nouvelle. L'équipe du Center for Systems-Based Antibiotic Research (Cesar) de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) a décrit dans deux publications comment évaluer si un nouvel antibiotique a un nouveau mécanisme d'action.
Ils ont analysé le protéome, c'est-à-dire la totalité de toutes les protéines présentes dans la bactérie, pour apprendre comment la cellule réagit au stress. L'équipe a publié ses résultats dans la revue Antimicrobial Agents and Chemotherapy publié comme article accepté le 12 octobre 2020.
Dans un autre article de la revue Proteomics accessible en ligne dès le 19 septembre 2020, l'équipe a évalué l'applicabilité d'une méthode de détermination de la cible moléculaire des antibiotiques.
Sommaire
Comment une bactérie réagit à près de 100 substances
Les chercheurs, y compris de nombreux étudiants RUB, ont étudié pendant de nombreuses années les changements dans le protéome de l'organisme modèle Bacillus subtilis après une exposition à divers médicaments. «L'étude actuelle est une compilation des réponses à près de 100 substances», explique le professeur Julia Bandow, présidente de microbiologie appliquée et directrice de Cesar.
La réponse de la bactérie au traitement antibiotique reflète le stress physiologique, pour ainsi dire: par exemple, si l'antibiotique provoque une perturbation de la voie de biosynthèse des acides gras, les enzymes de cette voie sont régulées à la hausse.
Comme il est assez bien compris comment Bacillus subtilis s'adapte aux conditions changeantes et comment la bactérie réagit à différents facteurs de stress, nous pouvons souvent utiliser la réponse du protéome pour tirer des conclusions sur le processus dans la cellule qui est altéré par un nouvel antibiotique. «
Julia Bandow, professeure et présidente, microbiologie appliquée, directrice, Centre de recherche sur les antibiotiques systémiques, Ruhr-University Bochum
Bandow explique la comparaison de l'approche des réponses protéomiques, en abrégé CoPR.
Mécanisme d'action similaire ou nouveau
Ceci fournit une base pour déterminer si une nouvelle substance antibiotique prometteuse a un effet similaire à des substances déjà connues ou si elle possède effectivement un nouveau mécanisme d'action.
«Nous sommes toujours heureux de voir une nouvelle réponse protéomique, car cela indique que la substance agit différemment des antibiotiques précédemment testés», explique le chercheur. Dans ce cas, dit-elle, le protéome est ensuite analysé en détail pour construire des hypothèses sur la cause de la réponse et donc le mécanisme d'action.
A titre d'exemples, les chercheurs ont examiné de plus près le salvarsan, le premier antibiotique jamais utilisé chez l'homme, l'antibiotique anti-rhumatismal auranofine, une nouvelle tétracycline atypique et la nouvelle classe d'inhibiteurs de la trans-traduction.
Quelle protéine est la cible?
Pour les nouveaux antibiotiques dotés de mécanismes d'action innovants, la prochaine étape essentielle est d'élucider la cible moléculaire directe dans la cellule bactérienne.
À cette fin, la deuxième étude a exploré l'applicabilité d'une technique d'identification de cible développée dans le groupe d'Andrew Emili (Université de Boston) à la recherche sur les antibiotiques. Il est basé sur la co-élution chromatographique du principe actif et de la protéine cible.
Les chercheurs ont incubé les protéines des cellules bactériennes avec l'antibiotique lui permettant de se lier à sa cible. Dans l'étape suivante, les protéines ont été séparées par chromatographie. Lorsque l'ingrédient actif se lie étroitement à la protéine cible, il voyage avec elle pendant le processus de séparation.
L'équipe de recherche a ensuite utilisé la spectrométrie de masse pour rechercher l'antibiotique. En plus de l'antibiotique lié à la cible, un excès d'antibiotique libre peut également être trouvé.
«Lorsque la substance active est soumise à la même séparation chromatographique sans protéines, il est possible de déterminer laquelle des fractions contient la substance active libre. Les autres fractions sont alors celles contenant la protéine cible», précise Julia Bandow.
Dans leur étude, l'équipe Cesar a non seulement confirmé le site d'action d'un antibiotique largement étudié, mais a également précisé que cette technique peut être utilisée pour détecter de nombreuses cibles antibiotiques potentielles. «Cela confirme le potentiel de cette méthode pour identifier de nouvelles cibles», conclut Bandow.
César
Le Center for System-Based Antibiotic Research est en cours de création au RUB en collaboration avec Lead Discovery Center GmbH (Dortmund).
Il vise à promouvoir le développement de nouvelles substances actives et à renforcer la mise en réseau avec les acteurs industriels et les universités, aux niveaux régional, national et international. Cesar est financé par le Fonds européen de développement régional et l'État de Rhénanie du Nord-Westphalie à hauteur d'environ 4 millions d'euros.
La source:
Référence du journal:
Senges, C. H. R., et al. (2020) Comparaison des réponses protéomiques en tant qu'approche globale de l'élucidation du mécanisme d'action antibiotique. Agents antimicrobiens et chimiothérapie. doi.org/10.1128/aac.01373-20.
