Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui (15 juin) dans Nature Communications, une équipe multicentrique dirigée par le Wellcome Sanger Institute, l’Université d’Oslo, l’Imperial College de Londres et l’UCL, a cartographié pour la première fois la chronologie de l’évolution et la distribution de la population de la capsule externe protectrice d’Escherichia coli, responsable de la virulence de la bactérie. L’étude montre également comment le ciblage de la couche protectrice de la bactérie peut aider à traiter les infections extra-intestinales.
Ce nouveau travail s’est concentré sur un sous-ensemble particulier de E. coli avec une capsule spécifique – la barrière extracellulaire qui entoure une bactérie – que les scientifiques ont appelée K1. E. coli avec ce type de capsule sont connus pour provoquer des maladies invasives telles que des infections du sang ou des reins, et la méningite chez les nouveau-nés. En effet, cette couverture particulière leur permet d’imiter les molécules déjà présentes dans les tissus humains et de pénétrer dans le corps sans se faire remarquer.
Les chercheurs présentent des preuves que le ciblage de la capsule peut être utilisé comme base de traitement, ouvrant la voie à la prévention de graves E. coli infections.
E. coli est une cause fréquente d’infections des voies urinaires et du sang et peut provoquer une méningite chez les nouveau-nés prématurés et à terme, avec un taux de mortalité pouvant atteindre 40 % (2). De plus, l’augmentation des cas hypervirulents et multirésistants E. coli au cours de la dernière décennie signifie que le développement de stratégies efficaces pour prévenir et traiter E. coli est maintenant devenue urgente. Comprendre l’anatomie de la bactérie et son rôle dans l’apparition de la maladie est essentiel pour prévenir les infections graves. Les scientifiques manquaient jusqu’à présent de connaissances de base sur la prévalence, l’évolution et les propriétés fonctionnelles de la capsule K1, limitant leur capacité à combattre E. coli infections.
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute, de l’Université d’Oslo, de l’Imperial College de Londres et de l’UCL ont maintenant cartographié l’évolution de cette E. coli souche, sa prévalence et sa distribution. À l’aide de la génomique des populations à haute résolution, du séquençage du génome entier (3) et d’outils informatiques avancés, ils ont analysé 5 065 échantillons cliniques provenant de différents pays et périodes. Les données comprenaient de vastes collections d’échantillons du Royaume-Uni et de Norvège, des échantillons adultes et néonatals nouvellement générés de six pays, tels que le Brésil, le Mexique et le Laos, entre autres, et des échantillons de l’ère pré-antibiotique – à partir de 1932 (4).
Ils ont découvert que cette capsule particulièrement virulente – K1 – remonte en fait plus loin dans le temps, environ 500 ans plus tôt qu’on ne l’imaginait auparavant. Ceci met en évidence l’importance de la capsule pour la survie de la bactérie et le rôle de la barrière extracellulaire dans le succès de E. coli comme principale cause d’infections extra-intestinales.
Le Dr Sergio Arredondo-Alonso, auteur principal de l’étude de l’Université d’Oslo et du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « C’était passionnant de découvrir la possibilité de reconstruire l’histoire évolutive de la capsule K1 au cours du dernier demi-millénaire, et de voir comment les gènes de la capsule ont été acquis maintes et maintes fois par de nombreuses lignées différentes de cette espèce pathogène au cours des siècles.Comme ni la prévalence ni l’histoire de K1 n’étaient connues, nous avions l’impression d’être entrés dans un territoire véritablement inexploré et d’avoir considérablement avancé la compréhension de cette espèce majeure espèce pathogène. »
L’étude montre également que 25 pour cent de tous les E. coli les souches responsables d’infections du sang contiennent l’information génétique nécessaire au développement de la capsule K1. L’obtention d’un historique évolutif complet de cette souche permettra désormais aux chercheurs de comprendre comment les bactéries obtiennent le matériel génétique responsable de la virulence sévère en premier lieu, et d’analyser les moyens de les combattre.
En utilisant des enzymes de bactériophages, qui sont des virus qui « infectent et tuent » les bactéries, les chercheurs ont pu supprimer la barrière extracellulaire de la bactérie et la rendre vulnérable au système immunitaire humain. Les chercheurs ont démontré dans in vitro études utilisant du sérum humain – une partie liquide du sang qui est couramment utilisée dans les études de laboratoire – que le ciblage de cette capsule peut être un moyen de traiter largement E. coli infection sans l’utilisation d’antibiotiques, conformément aux précédentes infections expérimentales chez les animaux (5).
Nous avons spécifiquement démontré les avancées rendues possibles en combinant la microbiologie expérimentale avec la génomique des populations et les outils de modélisation évolutive, pour ouvrir une fenêtre sur la traduction des résultats dans la pratique clinique future. Nous montrons que le ciblage thérapeutique de la capsule K1 rend ces pathogènes plus vulnérables à notre système immunitaire, et offre la possibilité de prévenir des infections graves. Par exemple, cela pourrait aider à traiter les nouveau-nés atteints de méningite causée par K1 E. coliqui est une maladie rare mais dangereuse associée à une mortalité élevée et à de graves effets néfastes sur la santé à long terme. »
Dr Alex McCarthy, auteur principal de l’étude de l’Imperial College de Londres
Le professeur Jukka Corander, co-auteur principal de l’étude de l’Institut Wellcome Sanger et de l’Université d’Oslo, a déclaré : « Nos recherches montrent l’importance d’enquêtes génomiques représentatives des agents pathogènes dans le temps et dans l’espace. Ces études nous permettront de reconstruire le l’histoire évolutive des lignées bactériennes réussies et des changements précis dans leur constitution génétique qui peuvent conduire à leur capacité à se propager et à provoquer des maladies. Une telle connaissance fournit finalement la base pour concevoir de futures interventions et thérapies contre ces agents pathogènes.
