La première carte évolutive bactérienne approfondie du genre pourrait ouvrir la voie au développement de traitements de précision pour certaines infections résistantes aux antibiotiques, telles que les infections des voies urinaires.
Des chercheurs de l'Institut Wellcome Sanger, de l'Université d'Oslo, de l'Université de l'Arctique de Norvège et de leurs collaborateurs, ont développé une nouvelle façon d'utiliser des données de séquençage à grande lecture à grande lecture pour étudier les structures génétiques circulaires appelées plasmides dans le microbe le plus fréquemment étudié, Escherichia coli (E. coli). Grâce à cela, l'équipe a pu suivre le flux d'échange de gènes, identifier certaines des barrières empêchant cela et tracer les épidémies de différents E. coli souches de plasmides spécifiques remontant à environ 300 ans.
L'étude, publiée aujourd'hui (3 avril) dans Communications de la naturea également découvert un plasmide trouvé dans plusieurs souches de E. coli Cela leur permet de produire une toxine pour tuer d'autres bactéries étroitement apparentées, ce qui pourrait aider à éclairer les thérapies futures pour les infections bactériennes.
Cette ressource haute résolution permet à la communauté scientifique d'étudier E. coli à un niveau qui n'a pas été auparavant possible, fournissant des informations qui montrent comment les plasmides co-évoluent avec E. coli souches. En étant capable de comprendre et de suivre les plasmides E. coli Des souches avec certains traits, il pourrait être possible de les cibler directement. Cela pourrait minimiser le besoin d'utilisation d'antibiotiques à large spectre et, à son tour, réduire la propagation des infections bactériennes résistantes au traitement.
De plus, les chercheurs suggèrent que si une tension moins dangereuse pour les humains peut naturellement surpasser une tension plus dangereuse, elle pourrait être introduite pour aider à gérer la santé humaine de manière plus globale.
Les bactéries sont souvent en concurrence les uns avec les autres, se battant pour le même paysage habitable, qui dans le cas de E. coliest l'intestin humain. La plupart des souches de E. coli sont inoffensifs; Cependant, si la bactérie pénètre dans la circulation sanguine en raison d'un système immunitaire affaibli, il peut provoquer une infection, qui peut aller de légers à mortel.
Bien qu'il ait souvent l'impression que le combat est avec les humains, E. coli Les bactéries sont principalement en concurrence avec d'autres souches pour les ressources. C'est cette compétition qui conduit à une adaptation génétique, comme la résistance aux antibiotiques, qui les aidera à survivre dans certains environnements.
Les bactéries sont capables de transférer du matériel génétique, et donc certains traits via des plasmides, qui sont des morceaux circulaires d'ADN. Les plasmides transportent souvent des gènes pour la virulence, la survie ou la résistance aux antibiotiques, améliorant la forme physique de la bactérie. Plusieurs plasmides se trouvent souvent dans les cellules bactériennes, et en raison de leur composition génétique complexe et de leur capacité à partager des gènes avec le chromosome des cellules hôtes, les plasmides sont incroyablement difficiles à suivre.
Dans cette dernière étude, les chercheurs du Sanger Institute et leurs collaborateurs ont utilisé un séquençage à lutte longue pour créer 4 485 génomes plasmidiques de plus de 2 000 E. coli Des échantillons de circulation sanguine, tous collectés sur 16 ans en Norvège1. À partir de ces génomes nouvellement créés, ils ont pu cartographier les plasmides liés à 216 souches différentes de E. coliy compris les quatre souches les plus courantes au Royaume-Uni.
De plus, l'équipe a créé une carte 2D montrant où le matériel génétique avait été transféré horizontalement entre les souches. Cela leur a permis de cartographier la co-évolution des plasmides et E. coli les souches de 300 ans, illustrant qu'il s'agit d'une méthode hautement conservée et utile de transfert génétique. En démêlant l'évolution des plasmides, l'équipe a pu connecter des épidémies mondiales antérieures de souches particulières avec les plasmides responsables et en savoir plus sur les facteurs qui provoquent la propagation de certaines souches, suivant ceux qui ont des capacités de pandémie.
Les chercheurs ont également pu identifier certains traits qui ont tendance à ne pas être compatibles. Par exemple, la résistance multi-médicaments aux antibiotiques et la capacité de produire une substance qui tue d'autres souches, connue sous le nom de bactériocine, ne se trouvent pas dans les mêmes souches bactériennes. En utilisant de vastes expériences de laboratoire, l'équipe a pu vérifier que ceux qui portaient les gènes codant pour le bactériocine les plus réussis ont pu inhiber efficacement tous les non-porteurs, y compris les quatre premiers E. coli des souches circulant au Royaume-Uni. Surtout, l'inhibition a été efficace contre toutes les souches résistantes à plusieurs médicaments dans l'échantillon, ce qui suggère que de nouvelles recherches sur ces bactériocines pourraient conduire à de nouvelles façons de traiter les infections bactériennes résistantes au traitement à l'avenir.
Cette carte évolutive est une ressource vitale pour la communauté de la recherche et ouvre la voie à de nouveaux traitements de précision qui pourraient cibler des plasmides spécifiques. De plus, les études futures pourraient utiliser cette ressource pour comprendre davantage les facteurs et la propagation des souches plus nocives pour les humains, prédisant éventuellement les épidémies d'infections bactériennes et aidant à éclairer de nouvelles façons de les limiter.
Le Dr Sergio Arredondo-Alonso, co-premier auteur précédemment à l'Université d'Oslo, a déclaré: « Notre travail déracine l'évolution de E. coli plasmides. De cela, nous avons commencé à découvrir quels traits peuvent être trouvés ensemble, et ce qui ne peut pas, comme la résistance aux antimicrobiens et la capacité de créer de la bactériocine. La découverte de la façon dont la capacité de production de bactériocine est répartie entre E. coli Souligne également les différentes approches que les souches adoptent pour surpasser leurs rivales. Comprendre tous les facteurs dans E. coliLes adaptations de la guerre pourraient être utilisées pour éclairer de nouvelles façons de limiter ou de prévenir la propagation des souches bactériennes indésirables. «
L'évolution bactérienne et l'adaptation dépendent souvent de plasmides pour soutenir le transfert des gènes et sont façonnés par des facteurs environnementaux. Notre carte évolutive nous permet de commencer à explorer cela à un niveau qui n'a pas été possible auparavant, en remplissant enfin les lacunes de l'évolution du plasmide au fil des décennies et des siècles et en fournissant un moyen de lier cela à ce qui se passait dans le monde à l'époque. Nous avons créé une nouvelle ressource pour lutter contre les antimicrobiens E. coli ce qui pourrait éclairer de nouvelles façons d'empêcher ces souches de se propager. »
Professeur Pål Johnsen, auteur co-ennior à l'UIT de l'Université arctique de Norvège
Le professeur Jukka Corander, auteur co-ennior du Wellcome Sanger Institute et de l'Université d'Oslo, a déclaré: « C'est l'un des projets de recherche les plus excitants que j'ai dirigés. Il a créé une ressource vitale qui, je l'espère Les plasmides qui portent des traits génétiques qui sont les plus nocifs pour les humains.
