Le microbiote intestinal de chaque personne contient une communauté spécifique de micro-organismes qui reste normalement stable pendant des années. Cependant, il peut être déséquilibré par des facteurs tels que des changements alimentaires, des infections ou des médicaments. Les antibiotiques en particulier ont une forte influence sur le microbiome. En réponse, les micro-organismes utilisent divers mécanismes de résistance, les populations bactériennes individuelles évoluant grâce à la sélection de variants résistants aux antibiotiques. Pourtant, l’étendue et les mécanismes de ces processus et leur impact sur l’écologie de la communauté microbienne sont mal compris.
Dans une étude métagénomique complète, les scientifiques du DZIF, le professeur Bärbel Stecher et le professeur Alice McHardy, ainsi qu’une équipe de recherche internationale, ont étudié l’évolution des bactéries intestinales exposées à des perturbations répétées par des antibiotiques. À cette fin, ils ont utilisé un modèle de souris gnotobiotique, c’est-à-dire des souris maintenues exemptes de germes et colonisées de manière stable par un consortium connu de bactéries. Ce modèle permet des études évolutives des membres individuels de la communauté dans l’hôte naturel dans des conditions bien définies et contrôlables. Les chercheurs ont ensuite analysé les effets de différentes classes d’antibiotiques sur le microbiome sur une période de 80 jours. À l’aide d’analyses métagénomiques, ils ont suivi la sélection de mutations putatives favorisant la résistance aux antibiotiques dans les populations bactériennes, puis ont analysé les caractéristiques des clones bactériens évolués isolés des communautés.
Nous avons pu suivre comment une antibiothérapie répétée conduit à la sélection de bactéries commensales résistantes aux antibiotiques, ce qui au bout d’un certain temps augmente la résilience de la communauté microbienne à certains antibiotiques comme les tétracyclines. En plus de l’adaptation du microbiome par l’évolution des micro-organismes individuels, nous avons également trouvé des preuves du développement de la résistance des bactéries individuelles par le ralentissement de la croissance cellulaire. Le microbiome s’adapte au traitement, pour ainsi dire, et est mieux à même d’y résister. »
Bärbel Stecher, coordinatrice, Infections gastro-intestinales, Centre allemand de recherche sur les infections
Bärbel Stecher est également professeur de microbiologie médicale et d’hygiène à l’Institut Max von Pettenkofer de la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).
De plus, l’équipe de recherche a observé une induction de prophages déclenchée par un traitement avec certains antibiotiques. Dans ce processus, les bactériophages lysogènes – dont les génomes sont intégrés dans les génomes bactériens ; sont activés, après quoi ils prolifèrent et lysent les cellules hôtes lors de la libération de nouvelles particules virales. « C’est un exemple de la façon dont les antibiotiques peuvent également affecter indirectement la survie des bactéries », déclare le Dr Philipp Münch, premier auteur de l’étude.
Dans l’ensemble, l’étude montre une immense diversité dans la réponse du microbiome aux traitements antibiotiques. Cela comprend, par exemple, des effets écologiques tels que l’inhibition d’un micro-organisme par l’élimination d’une bactérie « partenaire » importante dans le réseau métabolique de l’écosystème intestinal.
« En raison de cette grande complexité des réponses directes et indirectes, il est difficile de prédire quelles espèces seront affectées par un traitement avec un antibiotique, même dans des modèles animaux gnotobiotiques avec une communauté définie de micro-organismes », résume le Pr Alice McHardy, coordinatrice adjointe Bioinformatique et Machine Learning au DZIF et chef du Département de biologie computationnelle pour la recherche sur les infections au Centre Helmholtz pour la recherche sur les infections, une institution membre du DZIF.
