Une équipe dirigée par l'UCL (University College London) et l'Imperial College London Researchers a montré pour la première fois comment les antibiotiques vitaux appelés polymyxines perce l'armure des bactéries nocives.
Les résultats, publiés dans la revue Microbiologie de la naturepourrait conduire à de nouveaux traitements pour les infections bactériennes – en particulier urgent, car les infections résistantes aux médicaments tuent déjà plus d'un million de personnes par an.
Les polymyxines ont été découvertes il y a plus de 80 ans et sont utilisées comme traitement dernier objet pour les infections causées par des bactéries « Gram négative ». Ces bactéries ont une couche de surface externe qui agit comme une armure et empêche certains antibiotiques de pénétrer la cellule. Les polymyxines sont connues pour cibler cette couche externe, mais la façon dont elles le perturbent, puis tuer les bactéries, n'est toujours pas comprise.
Dans la nouvelle étude, l'équipe de recherche a révélé dans les images à haute résolution et les expériences biochimiques comment la polymyxine B antibiotique a rapidement fait éclater les bosses et les renflements à la surface d'un E. coli cellule bactérienne.
Ces protubérations, qui sont apparues en quelques minutes, ont été suivies par la bactérie qui perdait rapidement son armure extérieure.
L'antibiotique, a conclu les chercheurs, avait déclenché la cellule pour produire et perdre son armure. Plus la cellule a essayé de faire de la nouvelle amour, plus elle a perdu l'amour qu'elle faisait, à un rythme tel qu'elle a laissé des lacunes dans ses défenses, permettant à l'antibiotique d'entrer dans la cellule et de le tuer.
Cependant, l'équipe a constaté que ce processus – les protubérances, la production rapide et la perte d'armure et la mort cellulaire – ne se sont produits que lorsque la cellule était active. Dans les bactéries dormantes (endormies), la production d'armures est éteinte, ce qui rend l'antibiotique inefficace.
L'auteur co-Senior, le Dr Andrew Edwards, d'Imperial, a déclaré: «Pendant des décennies, nous avons supposé que des antibiotiques qui ciblent l'armure bactérienne ont pu tuer les microbes dans n'importe quel État, qu'ils se reproduisent activement ou qu'ils étaient dormantes. Mais ce n'est pas le cas.
En capturant ces images incroyables de cellules uniques, nous avons pu montrer que cette classe d'antibiotiques ne fonctionne qu'avec l'aide de la bactérie, et si les cellules entrent dans un état d'hibernation, les médicaments ne fonctionnent plus – ce qui est très surprenant. «
Dr Andrew Edwards, Imperial College de Londres
Devenir dormant permet aux bactéries de survivre aux conditions défavorables comme un manque de nourriture. Ils peuvent rester en sommeil pendant de nombreuses années et « se réveiller » lorsque les conditions deviennent plus favorables. Cela peut permettre aux bactéries de survivre contre les antibiotiques, par exemple, et de se réveiller pour provoquer des infections récurrentes dans le corps.
Le professeur de co-senor, le professeur Bart Hoogenboom, basé au London Center for Nanotechnology de l'UCL, a déclaré: « Les polymyxines sont une ligne de défense importante contre les bactéries à Gram négatif, qui provoquent de nombreuses infections mortelles résistantes aux médicaments. Il est important que nous comprenions comment ils fonctionnent.
« Notre prochain défi consiste à utiliser ces résultats pour rendre les antibiotiques plus efficaces. Une stratégie pourrait être de combiner le traitement en polymyxine – contre-intuitivement – avec des traitements qui favorisent la production d'armures et / ou le réveil des bactéries` `dorment '' afin que ces cellules puissent également être éliminées.
« Notre travail montre également que nous devons prendre en compte les bactéries de l'État lorsque nous évaluons l'efficacité des antibiotiques. »
Le E. coli Les cellules ont été imagées au London Center for Nanotechnology de l'UCL. Une minuscule aiguille, seulement quelques nanomètres de large, a été exécutée sur la cellule bactérienne, « ressentant » la forme pour créer une image (une technique appelée microscopie à force atomique) à une résolution beaucoup plus élevée que ce qui serait possible en utilisant la lumière.
Le co-auteur Carolina Borrelli, doctorant au London Center for Nanotechnology à l'UCL, a déclaré: « C'était incroyable de voir l'effet de l'antibiotique à la surface bactérienne en temps réel. Nos images des bactéries montrent directement combien de polymyxines peuvent compromettre l'armure bactérienne. Permettre à l'antibiotique de s'infiltrer. «
L'équipe a comparé à quel point (en croissance) et inactif E. coli Les cellules ont répondu à la polymyxine B dans le laboratoire, constatant que l'antibiotique éliminait efficacement les cellules actives mais n'a pas tué les cellules dormantes.
Ils ont également testé le E. coli Réponse des cellules avec et sans accès au sucre (une source alimentaire qui se réveille les cellules dormantes). Lorsque du sucre était présent, l'antibiotique a tué des cellules précédemment dormantes, mais seulement après un retard de 15 minutes – le temps nécessaire pour que les bactéries consomment le sucre et reprennent la production de son armure extérieure.
Dans des conditions où l'antibiotique était efficace, les chercheurs ont détecté plus d'armure libérée des bactéries. Ils ont également observé les renflements se produisant à travers la surface de la cellule.
Dans des conditions où il était inefficace, l'antibiotique s'est lié à la membrane externe mais a causé peu de dégâts.
Le co-auteur, le Dr Ed Douglas, d'Imperial, a déclaré: « Nous avons observé que la perturbation de l'armure la plus externe des bactéries ne s'est produite que lorsque les bactéries consommaient du sucre. Une fois que nous savions que nous pouvions rapidement comprendre ce qui se passait. »
Le co-auteur, le professeur Boyan Bonev, de l'Université de Nottingham, a déclaré: « Travailler ensemble nous a donné des informations uniques sur la physiologie bactérienne et la morphologie sous le stress qui sont restées cachées depuis des décennies. Maintenant, nous comprenons mieux les points faibles des bactéries. »
