Des estimations récentes indiquent que les infections mortelles résistantes aux antibiotiques vont rapidement augmenter au cours du prochain quart de siècle. Plus d’un million de personnes sont mortes chaque année d’infections pharmacorésistantes entre 1990 et 2021. une étude récente a rapportéavec de nouvelles projections atteignant près de 2 millions de décès chaque année d’ici 2050.
Dans un effort pour contrer cette crise de santé publique, les scientifiques recherchent de nouvelles solutions dans le cadre des mécanismes complexes de l’infection bactérienne. Une étude menée par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego a découvert une vulnérabilité au sein de souches de bactéries résistantes aux antibiotiques.
En travaillant avec des laboratoires de l’Arizona State University et de l’Universitat Pompeu Fabra (Espagne), le professeur Gürol Süel et ses collègues de l’École des sciences biologiques de l’UC San Diego ont étudié la résistance aux antibiotiques de la bactérie Bacillus subtilis.
Leurs recherches ont été motivées par la question de savoir pourquoi les variantes mutantes de bactéries ne prolifèrent pas et ne s’emparent pas de la population une fois qu’elles ont développé un avantage en matière de résistance aux antibiotiques. Ayant l’avantage sur d’autres bactéries dépourvues de résistance similaire aux antibiotiques, ces bactéries devraient devenir dominantes. Pourtant, ce n’est pas le cas. Pourquoi?
La réponse, signalé dans la revue Avancées scientifiquesc’est que la résistance aux antibiotiques a un coût. Bien que la résistance aux antibiotiques offre certains avantages à la survie de la bactérie, l’équipe a découvert qu’elle est également liée à une limitation physiologique qui entrave une dominance potentielle.
Ce fait, notent les chercheurs, pourrait potentiellement être exploité pour arrêter la propagation de la résistance aux antibiotiques.
« Nous avons découvert un talon d’Achille de bactéries résistantes aux antibiotiques », a déclaré Süel, membre du département de biologie moléculaire de l’UC San Diego. « Nous pouvons profiter de ce coût pour supprimer l’établissement d’une résistance aux antibiotiques sans médicaments ni produits chimiques nocifs. »
Des mutations spontanées de l’ADN surviennent dans toutes les cellules vivantes, y compris celles des bactéries. Certaines de ces mutations conduisent à une résistance aux antibiotiques. Süel et ses collègues se sont concentrés sur les mécanismes physiologiques liés aux ribosomes, les micromachines présentes dans les cellules qui jouent un rôle clé dans la synthèse des protéines et la traduction des codes génétiques.
Toutes les cellules dépendent d’ions chargés tels que les ions magnésium pour survivre. Les ribosomes dépendent des ions magnésium puisque ce cation métallique aide à stabiliser leur structure et leur fonction.
Cependant, la modélisation à l’échelle atomique réalisée au cours de la nouvelle recherche a révélé que les variantes mutantes du ribosome qui confèrent une résistance aux antibiotiques sont en compétition excessive pour les ions magnésium avec les molécules d’adénosine triphosphate (ATP), qui fournissent l’énergie nécessaire aux cellules vivantes. Les modèles mathématiques ont en outre montré que cela se traduisait par une lutte acharnée entre le ribosome et l’ATP pour un apport limité de magnésium dans la cellule.
En étudiant une variante du ribosome au sein de Bacillus subtilis appelée « L22 », les chercheurs ont découvert que la compétition pour le magnésium entrave davantage la croissance du L22 qu’un ribosome normal de « type sauvage » qui n’est pas résistant aux antibiotiques. La concurrence impose donc un tribut physiologique lié aux bactéries mutantes résistantes.
« Bien que nous considérions souvent la résistance aux antibiotiques comme un avantage majeur pour la survie des bactéries, nous avons constaté que la capacité à faire face à une limitation en magnésium dans leur environnement est plus importante pour la prolifération bactérienne », a déclaré Süel.
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Cette faiblesse récemment découverte peut désormais être utilisée comme cible pour contrecarrer la résistance aux antibiotiques sans recourir à des médicaments ou à des produits chimiques toxiques. Par exemple, il pourrait être possible de chélater les ions magnésium provenant d’environnements bactériens, ce qui devrait inhiber sélectivement les souches résistantes sans avoir d’impact sur les bactéries sauvages qui pourraient être bénéfiques pour notre santé.
« Nous montrons qu’en comprenant mieux les propriétés moléculaires et physiologiques des bactéries résistantes aux antibiotiques, nous pouvons trouver de nouveaux moyens de les contrôler sans recourir à des médicaments », a déclaré Süel.
En octobre, Süel et ses collègues de l’Université de Chicago ont annoncé une approche distincte pour lutter contre la crise sanitaire des bactéries résistantes aux antibactériens. Leur développement d’un dispositif bioélectronique qui exploite l’activité électrique naturelle de certaines bactéries présentes sur notre peau ouvre la voie à une autre approche sans médicament pour gérer les infections.
Il a été prouvé que cette avancée réduisait les effets nocifs de Staphylococcus epidermidis, une bactérie courante connue pour provoquer des infections nosocomiales et contribuer à la résistance aux antibiotiques. Dans les deux études, les chercheurs ont utilisé des ions chargés pour contrôler les bactéries.
« Nous manquons d’antibiotiques efficaces et leur utilisation généralisée au fil des décennies a entraîné leur propagation dans le monde entier, de l’Arctique aux océans et à nos eaux souterraines », a déclaré Süel. « Des alternatives sans médicaments au traitement des infections bactériennes sont nécessaires et nos deux études les plus récentes montrent comment nous pouvons effectivement parvenir à un contrôle sans médicaments des bactéries résistantes aux antibiotiques. »
Les auteurs de la nouvelle étude étaient : Eun Chae Moon, Tushar Modi, Dong-yeon Lee, Danis Yangaliev, Jordi Garcia-Ojalvo, S. Banu Ozkan et Gürol Süel.
Plus d’informations :
Eun Chae Moon et al, Coût physiologique de la résistance aux antibiotiques : aperçu d’une variante du ribosome chez les bactéries, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adq5249. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq5249