Dans le sol, la mort n’arrête pas la propagation de la résistance aux antibiotiques

Les bactéries mortes peuvent encore faire sentir leur présence au pays des vivants. De nouvelles recherches menées par des biologistes intégrateurs de la Michigan State University montrent que cela pourrait avoir de grandes implications pour la résistance aux antibiotiques dans les fermes.

Les résultats ont été publiés le 24 mars dans la revue Microbiologie appliquée et environnementale.

L’Organisation mondiale de la santé a qualifié la résistance aux antibiotiques de l’une des plus grandes menaces pour la sécurité alimentaire. Les bactéries infectieuses qui peuvent échapper aux traitements antibiotiques sont d’énormes préoccupations pour le bien-être du bétail, de l’industrie alimentaire et du public.

« En dehors de la médecine, la résistance aux antibiotiques n’est peut-être pas aussi urgente qu’elle devrait l’être », a déclaré Sarah Evans, professeure agrégée au Collège des sciences naturelles et au Programme d’écologie, d’évolution et de comportement. « Nous pensions qu’il s’agissait de processus qui devaient être étudiés davantage sur le terrain. »

Evans et son équipe ont donc examiné de plus près l’un de ces processus : comment l’ADN de bactéries mortes pouvait introduire une résistance aux antibiotiques aux bactéries vivantes dans le sol. Afin de mieux comprendre ce processus, l’équipe cherche également à trouver des moyens d’aider à l’arrêter.

« Les gens pensent beaucoup aux bactéries vivantes », a déclaré Heather Kittredge, qui a dirigé la recherche pour le laboratoire d’Evans en tant que doctorante. « Peut-être devrions-nous aussi penser aux morts. Ils ont une activité biologique au-delà de la mort. »

L’idée pourrait ressembler à quelque chose d’un film de zombies. Il s’agit cependant d’une partie établie et répandue – bien que moins connue – de l’évolution. C’est un exemple de ce qu’on appelle le transfert horizontal de gènes, dans lequel les gènes sont plus transmis que transmis.

Lorsque les bactéries meurent, elles éclatent et laissent derrière elles de l’ADN. Cela permet aux bactéries vivantes de collecter ces gènes et de les mettre au travail. Par exemple, si une bactérie morte possédait des gènes qui contribuaient à la résistance aux antibiotiques, un microbe vivant pourrait les récupérer et acquérir leurs pouvoirs.

Les microbiologistes ont étudié de manière approfondie la génétique et les bactéries dans les boîtes de Pétri pour savoir qu’il s’agit bien d’un moyen de propagation de la résistance aux antibiotiques. Mais on en sait moins sur la façon dont le processus se déroule dans la nature, en particulier dans le sol, où des agents pathogènes résistants aux antibiotiques peuvent se développer et éventuellement faire des ravages sur la santé humaine.

« Le sol est encore une sorte de boîte noire », a déclaré Kittredge, qui est maintenant chercheur postdoctoral à l’Université du Connecticut. « Nous voulions savoir comment cela se produit dans la nature, quels facteurs y contribuent et ce que nous pouvons faire à ce sujet. »

Pour apprendre tout cela, les Spartiates ont collecté des échantillons de sol sur des sites autour de la station biologique WK Kellogg, où Evans est également membre du corps professoral. Ils ont stérilisé le sol et ajouté des cellules vivantes de la bactérie du sol Pseudomonas stutzeri ainsi que de l’ADN de formes résistantes aux antibiotiques de P. stutzeri. Ils ont ensuite pu observer la fréquence à laquelle les cellules vivantes incorporaient l’ADN dans différentes conditions.

Ce qu’ils ont découvert, c’est que les bactéries vivantes pouvaient intégrer l’ADN même lorsqu’il était présent à de faibles concentrations et que les cellules vivantes qui captaient l’ADN persistaient tout au long de la durée de 15 jours des expériences. Mais l’ADN est connu pour survivre dans le sol plus longtemps que cela, a ajouté Kittredge.

« Globalement, ce travail démontre que les bactéries mortes… sont une voie négligée vers la résistance aux antibiotiques », a écrit l’équipe dans sa publication.

Les chercheurs ont également noté que les cellules vivantes étaient plus susceptibles d’intégrer l’ADN des cellules mortes lorsqu’elles se rapprochaient de lui, ce qui n’était pas surprenant. Les cellules vivantes doivent toucher l’ADN pour le collecter.

Ce qui était surprenant, cependant, était le rôle de l’humidité du sol. Bien que les cellules vivantes aient collecté l’ADN sur une gamme de niveaux d’humidité réalistes, elles étaient plus efficaces dans des conditions légèrement plus sèches. Mais les bactéries sont plus mobiles dans un sol humide, ce qui augmenterait vraisemblablement leur probabilité de se heurter à l’ADN.

« Ils poussent également à des taux plus élevés dans des conditions d’humidité plus élevées », a déclaré Kittredge. « Ainsi, le moment où ils grandissent le plus n’est pas le même que celui où ils ont les taux de transfert de gènes les plus élevés. »

Alors pourquoi les bactéries plus mobiles et plus prolifiques ne sont-elles pas plus aptes à capter les gènes ? C’est quelque chose que l’équipe veut étudier, en partie parce que sa compréhension pourrait présenter des opportunités pour ralentir le transfert de gènes. Entre-temps, cependant, cette recherche a déjà offert des idées pour endiguer le transfert horizontal de gènes résistants aux antibiotiques dans les fermes.

Par exemple, le fumier du bétail est utilisé comme engrais sur les terres agricoles utilisées pour cultiver des cultures vivrières. Pour aider à lutter contre la résistance aux antibiotiques, le fumier est souvent traité thermiquement pour tuer toutes les bactéries présentes.

« Mais la température à laquelle les bactéries meurent et à laquelle l’ADN est détruit est différente », a déclaré Kittredge. « L’augmentation du traitement thermique pour dégrader l’ADN pourrait potentiellement aller très loin. »

Ces travaux pourraient également avoir des applications pour aider les chercheurs à promouvoir le transfert de gènes bénéfiques.