La médecine moderne dépend des antibiotiques pour traiter les infections en désactivant les cibles situées à l’intérieur des cellules bactériennes. Une fois à l’intérieur de ces cellules, les antibiotiques se lient à certains sites sur des cibles enzymatiques spécifiques pour arrêter la croissance bactérienne. Des changements (mutations) aléatoires dans les gènes de ces cibles se produisent naturellement, rendant dans certains cas la cible plus difficile à fixer pour l’antibiotique et la version bactérienne résistante au traitement.
Pour cette raison, plus les antibiotiques ont été utilisés au fil du temps, plus grandes sont les chances que les populations bactériennes évoluent vers des mutants résistants aux antibiotiques existants, et plus il est urgent de trouver de nouvelles approches pour empêcher les traitements de devenir obsolètes. Les chercheurs étudient depuis des décennies les mutants résistants dans l’espoir que les mécanismes associés guideraient la conception de nouveaux traitements pour vaincre la résistance. Les efforts ont toutefois été limités, car les mutants résistants naturels ne représentent qu’une petite fraction des mutations susceptibles de se produire (l’espace mutationnel complet), la plupart des mutations des sites de liaison des médicaments ayant jusqu’à présent été négligées.
Pour relever ce défi, une nouvelle étude menée par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine a appliqué une technologie appelée MAGE (ingénierie multiplexée du génome automatisé) pour générer l’inventaire complet des mutations dans les espèces bactériennes. Escherichia coli où l’antibiotique rifampicine se fixe et désactive une enzyme bactérienne essentielle connue sous le nom d’ARN polymérase (RNAP). Les auteurs de l’étude ont créé 760 mutants RNAP uniques en remplaçant chacun des 38 éléments constitutifs des acides aminés qui constituent le site de liaison de la rifampicine sur E. coli avec chacune des 20 options d’acides aminés présentes dans la nature. La croissance de ce pool de mutants a ensuite été testée dans différentes conditions, notamment un traitement à la rifampicine.
Publié en ligne le 30 août dans la revue Nature, l’étude a révélé deux mutants, L521Y et T525D, hypersensibles à la rifampicine. Non seulement l’antibiotique empêche la croissance de ces mutants, mais il efface presque les populations bactériennes mutantes. Il s’agit d’une découverte remarquable, disent les auteurs, car la rifampicine ne tue normalement pas E. coliou de nombreux autres agents pathogènes bactériens, mais arrête seulement leur croissance.
Ce travail fournit une carte des interactions antibiotiques-bactériennes RNAP qui sera utile aux chimistes travaillant à s’appuyer sur les effets de l’étude en modifiant non pas les résidus de sites de liaison bactériens, mais plutôt la structure de la rifampicine et d’autres antibiotiques afin qu’ils se lient plus étroitement pour une augmentation. puissance. Nos résultats suggèrent également des moyens d’améliorer la capacité de la rifampicine à se lier aux protéobactéries, aux actinobactéries et aux firmicutes, des groupes bactériens qui incluent des mutations naturelles du RNAP qui les rendent vulnérables à la rifampicine.
Evgeny A. Nudler, PhD, co-chercheur principal de l’étude, Professeur Julie Wilson Anderson de biochimie, Département de biochimie et de pharmacologie moléculaire, NYU Langone Health
Comment la rifampicine tue les bactéries
E. coli stocke les instructions génétiques dans des chaînes d’ADN, mais les convertit ensuite en un matériel génétique associé dans l’ARN, le RNAP construisant les chaînes d’ARN qui guident la construction de protéines à partir d’acides aminés. Les mutants créés dans la nouvelle étude ont révélé que la rifampicine tue les bactéries en bloquant le RNAP, provoquant ainsi des collisions entre celui-ci et la machinerie cellulaire qui fonctionne dans le même espace moléculaire pour dupliquer l’ADN à mesure que les cellules se divisent et se multiplient. Cela provoque à son tour des cassures mortelles dans les deux brins d’ADN bactérien.
Dans d’autres perspectives de l’étude, certains des E. coli Il a été constaté que les mutations du site de liaison du RNAP augmentent considérablement la vitesse à laquelle le RNAP construit l’ARN, et donc la vitesse à laquelle il utilise les matières premières, y compris les éléments constitutifs des nucléotides comme les pyrimidines. Le travail a des implications significatives, disent les chercheurs, pour la compréhension du mécanisme d’action utilisé par les analogues nucléotidiques comme le médicament anticancéreux 5FU. Comprendre comment la déplétion en nucléotides sensibilise les cellules aux réserves de nucléotides peut aider à la conception de nouvelles thérapies combinées, disent-ils.
« Ces techniques pourraient être appliquées pour cartographier les sites de liaison d’autres types de médicaments, et en particulier ceux vulnérables à la résistance », a déclaré Aviram Rasouly, PhD, chercheur scientifique à NYU Langone.
Le soutien financier pour l’étude a été fourni par le biais des subventions T32 AI007180 et R01GM126891 des National Institutes of Health et de la Blavatnik Family Foundation. L’étude a été dirigée par Kevin Yang, étudiant en médecine/doctorat. Les autres chercheurs de NYU Langone impliqués dans cette étude étaient Maria Cameranesi, Criseyda Martinez, Manjunath Gowder, Yosef Shamovsky, Vitaliy N. Epshtein, Khaled Alzoubi, Zhitai Hao et Ilya Shamovsky. Le Dr Nudler est également chercheur au Howard Hughes Medical Institute.
