Les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques sont difficiles à traiter et causent plus d’un million de décès annuels dans le monde, en particulier chez les patients hospitalisés atteints de pneumonie, d’infections du sang, d’infections des voies urinaires ou d’infections abdominales. Une nouvelle recherche révèle que les mutations rares de résistance aux antibiotiques peuvent rapidement se développer en quelques jours en réponse à un traitement antibiotique, et que la surveillance génomique en temps réel pourrait aider les médecins à surveiller de plus près la résistance aux médicaments – ; permettant aux patients de recevoir un traitement antibiotique mieux adapté, plus opportun et plus efficace.
Gregory Priebe, MD, du Boston Children’s Hospital, Roy Kishony, PhD, du Technion–Israel Institute of Technology, et le premier auteur Hattie Chung, PhD, du Broad Institute du MIT et de Harvard ont développé la technologie en collaboration avec le Walter Reed Army Institute De la recherche. Leur travail est rapporté aujourd’hui dans Communication Nature.
« Les cliniciens essaient souvent un certain antibiotique pendant une durée définie, puis passent à un autre antibiotique, mais on ne sait pas comment le changement de traitement affecte la résistance aux antibiotiques », déclare Priebe, qui fait partie du Département d’anesthésiologie, de soins intensifs et de médecine de la douleur et de la Division des maladies infectieuses à Boston Children’s et membre associé du Broad Institute du MIT et de Harvard.
« Les essais cliniques ont été largement menés au niveau d’une unité ou d’un hôpital, avec des résultats mitigés », note-t-il. « Nos résultats suggèrent que le cycle antibiotique pourrait être plus efficace au niveau de chaque patient. Nous cherchons à utiliser la surveillance génomique pour informer l’antibiothérapie initiale – ; à la fois le type d’antibiotique et le moment – ; puis pour informer les changements d’antibiotique au fur et à mesure la fréquence des mutations de résistance aux antibiotiques change.
La technique combine le séquençage du génome entier avec une méthode de séquençage en profondeur que les auteurs appellent le séquençage d’amplicon profond ciblé sur la résistance (RETRA-Seq) pour suivre les changements dans la fréquence des mutations de résistance aux antibiotiques au fil du temps.
« Dans les tests cliniques de sensibilité aux antibiotiques, nous testons quelques colonies de bactéries et pouvons en manquer certaines qui ont développé une résistance aux antibiotiques », explique Alex McAdam, MD, PhD, co-auteur de l’étude et directeur médical du Laboratoire de diagnostic des maladies infectieuses. « RETRA-Seq teste la population bactérienne dans son ensemble, de sorte qu’il peut détecter ces rares bactéries résistantes aux antibiotiques avec une sensibilité beaucoup plus élevée que les méthodes cliniques de routine. »
Suivi P. aeruginosales mouvements génétiques
Dans une étude prospective, l’équipe a d’abord effectué le séquençage du génome entier de plusieurs colonies bactériennes cultivées à partir de sept patients ventilés mécaniquement au Boston Children’s. Ils ont séquencé 420 colonies bactériennes cultivées à partir d’échantillons d’expectorations de patients, environ 24 de chaque échantillon. Tous les patients avaient une infection aiguë des voies respiratoires inférieures avec Pseudomonas aeruginosa, une cause fréquente d’infections respiratoires chez les patients ventilés. Les tests ont commencé au début de chaque infection et se sont poursuivis pendant son évolution (de quatre à 11 jours) au fur et à mesure que des traitements antibiotiques étaient administrés.
« Remarquablement, nous avons constaté que les bactéries sont devenues plus diversifiées sur le plan génomique chez la plupart des patients au fil du temps », explique Priebe. « Les mutations que nous avons vues ont eu un impact non seulement sur les régulateurs de la virulence, mais également sur de nombreux gènes et voies de résistance aux antibiotiques. »
L’équipe a ensuite développé la technique RETRA-Seq pour mesurer les fréquences des mutations de résistance aux antibiotiques directement à partir de l’ADN dans les échantillons d’expectorations, en sautant l’étape de culture qui peut parfois biaiser les résultats.
Ressemblant à un jeu de Whac-A-Mole, les mutations du gène de résistance aux antibiotiques dans P. aeruginosa changé rapidement chez de nombreux patients. Des mutations conférant une résistance aux antibiotiques sont apparues peu de temps après le début de cet antibiotique et ont disparu quelques jours après le passage à un autre antibiotique – ; quand d’autres mutations ont émergé pour prendre leur place.
Avec plus d’études, nous espérons qu’une technique comme RETRA-Seq pourrait nous aider à choisir un antibiotique qui ne favorisera pas l’expansion des bactéries résistantes à basse fréquence qui se cachent chez nos patients. RETRA-Seq pourrait également être utilisé pendant de longues cures d’antibiotiques, le tout dans le but de trouver le bon antibiotique au bon moment, ce qui devrait conduire à de meilleurs résultats pour les patients. »
Gregory Priebe, MD, Hôpital pour enfants de Boston
Une meilleure prise en charge des infections chroniques, COVID-19 ?
Bien que cette étude ait été menée chez des patients hospitalisés, la surveillance génomique en temps réel pourrait également être utilisée dans le traitement ambulatoire des infections pulmonaires chroniques, telles que celles des patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique ou de fibrose kystique. Cela pourrait également bénéficier aux patients gravement malades atteints de COVID-19, ajoute Priebe.
« Trente à 50 % des adultes nécessitant une intubation et une ventilation mécanique pour COVID-19 développent une pneumonie associée à la ventilation, et environ la moitié d’entre eux sont dus à des bactéries Gram-négatives telles que P. aeruginosa qui ont tendance à causer des infections graves en milieu hospitalier », dit-il.
