Les superbactéries, bactéries immunisées contre plusieurs antibiotiques, constituent un défi de taille pour la médecine moderne. Des chercheurs du B CUBE – Centre de bioingénierie moléculaire de l'Université technologique TUD de Dresde et de l'Institut Pasteur de Paris ont identifié une faiblesse dans la machinerie bactérienne qui entraîne l'adaptation à la résistance aux antibiotiques. Leurs conclusions, publiées dans la revue Avancées scientifiques, pourrait ouvrir la voie à l’augmentation de l’efficacité des antibiotiques existants.
Depuis la découverte de la pénicilline en 1928, les antibiotiques ont changé la médecine, permettant de lutter facilement contre les infections bactériennes. Cependant, avec l’invention des antibiotiques, nous sommes également entrés dans une course aux armements sans fin avec les bactéries. Ils s’adaptent rapidement aux médicaments, rendant inefficaces de nombreux traitements existants. Ces bactéries résistantes aux antibiotiques, souvent appelées « superbactéries », constituent une menace critique pour les patients atteints de maladies chroniques et dont le système immunitaire est affaibli.
Plutôt que de développer de nouveaux antibiotiques, nous voulions comprendre exactement comment les bactéries adaptent leurs résistances. »
Professeur Michael Schlierf, responsable de l'étude, chef du groupe de recherche au B CUBE, TU Dresden
Ce faisant, les groupes ont découvert pourquoi certaines bactéries mettent plus de temps à développer une résistance aux antibiotiques, alors que d’autres s’adaptent très rapidement. Leurs découvertes ouvrent de nouvelles possibilités pour le développement de contre-stratégies.
Une boîte à outils génétique en action
« Nos travaux se concentrent sur le système des intégrons, une boîte à outils génétique que les bactéries utilisent pour s'adapter à leur environnement en échangeant des gènes, notamment ceux de la résistance aux antibiotiques », explique le professeur Didier Mazel, chef du groupe de recherche à l'Institut Pasteur de Paris, dont le groupe a travaillé ensemble. avec l'équipe Schlierf.
Le système d'intégrons est comme une boîte à outils. Il permet aux bactéries de stocker et de partager des gènes de résistance avec leur progéniture et les cellules voisines. Il fonctionne via un mécanisme moléculaire de « couper-coller » piloté par des protéines spéciales, appelées recombinases. Le système des intégrons a fait l'objet de nombreuses recherches. Certaines bactéries acquièrent une nouvelle résistance très rapidement et pour d’autres, cela prend beaucoup plus de temps.
Il s’est avéré que la variété des séquences d’ADN est au cœur de cette différence. « Les séquences à l'intérieur du système d'intégrons sont flanquées d'épingles à cheveux spéciales d'ADN. On les appelle ainsi parce que c'est exactement à quoi elles ressemblent, comme de petites épingles en forme de U qui dépassent de l'ADN. Les recombinases sont construites pour se lier à ces épingles à cheveux et former un complexe qui peut ensuite découper un fragment et le coller dans un autre », explique le professeur Mazel.
Le groupe Schlierf a utilisé une configuration de microscopie de pointe pour étudier la force avec laquelle une protéine recombinase se lie aux différentes séquences en épingle à cheveux de l'ADN. Ils ont découvert que les complexes présentant la liaison la plus forte entre la protéine et l’ADN sont également ceux qui sont les plus efficaces pour acquérir des gènes de résistance.
Utiliser la force
À l’aide d’une technique de microscopie avancée appelée pince optique, le groupe Schlierf a mesuré les minuscules forces nécessaires pour séparer les différents complexes protéine-ADN. « Avec les pinces optiques, nous utilisons la lumière pour, en quelque sorte, saisir un seul brin d'ADN des deux côtés et le séparer. Pensez-y comme si vous tiriez sur une corde pour défaire un nœud », explique le Dr Ekaterina Vorobevskaia, une scientifique. dans le laboratoire Schlierf qui a réalisé le projet.
Le groupe a constaté une corrélation claire entre la force nécessaire pour démanteler un complexe protéine-ADN et l’efficacité de la machinerie copier-coller. « Si vous disposez d'un complexe fortement lié à l'ADN, il peut très bien faire son travail. Coupez l'ADN et collez un nouveau gène de résistance très rapidement. En revanche, si vous disposez d'un complexe protéine-ADN plutôt faible et continue de se désagréger, il doit être réassemblé encore et encore. C'est pourquoi certaines bactéries acquièrent une résistance aux antibiotiques plus rapidement que d'autres », ajoute le Dr Vorobevskaia.
Exploiter la faiblesse
« Le système Integron est étudié par les microbiologistes depuis des décennies. Ce que nous apportons maintenant, c'est d'ajouter les données biophysiques et d'expliquer le comportement de ce système avec la physique », explique le professeur Schlierf, ajoutant que « Peut-être que cette vulnérabilité à la force est un problème. phénomènes plus généraux pour des efficacités variables en biologie ».
Les scientifiques pensent que la faiblesse du système peut être utilisée pour développer des traitements supplémentaires qui tireront parti des complexes instables ADN-protéine ou en créeront. Il pourrait accompagner les antibiotiques existants et leur donner un avantage temporel supplémentaire sur les bactéries.
