Dans une nouvelle étude, publiée aujourd’hui dans Communication Nature, une équipe multicentrique dirigée par le Wellcome Sanger Institute, l’Université d’Oslo, l’Imperial College de Londres et l’UCL, a cartographié pour la première fois la chronologie de l’évolution et la distribution de la population de la capsule externe protectrice d’Escherichia coli, qui est responsable de la virulence de la bactérie . L’étude montre également comment le ciblage de la couche protectrice de la bactérie peut aider à traiter les infections extra-intestinales.
Ce nouveau travail s’est concentré sur un sous-ensemble particulier d’E. coli avec une capsule spécifique – la barrière extracellulaire qui entoure une bactérie – que les scientifiques ont appelée K1. E. coli avec ce type de capsule est connu pour provoquer des maladies invasives telles que des infections sanguines ou rénales et une méningite chez les nouveau-nés. En effet, cette couverture particulière leur permet d’imiter les molécules déjà présentes dans les tissus humains et de pénétrer dans le corps sans se faire remarquer.
Les chercheurs présentent des preuves que le ciblage de la capsule peut être utilisé comme base de traitement, ouvrant la voie à la prévention des infections graves à E. coli.
E. coli est une cause fréquente d’infections des voies urinaires et de la circulation sanguine et peut provoquer une méningite chez les nouveau-nés prématurés et à terme, avec un taux de mortalité pouvant atteindre 40 %. De plus, l’augmentation des E. coli hypervirulents et multirésistants au cours de la dernière décennie signifie qu’il est devenu urgent de développer des stratégies efficaces pour prévenir et traiter E. coli.
Comprendre l’anatomie de la bactérie et son rôle dans l’apparition de la maladie est essentiel pour prévenir les infections graves. Les scientifiques manquaient jusqu’à présent de connaissances de base sur la prévalence, l’évolution et les propriétés fonctionnelles de la capsule K1, limitant leur capacité à lutter contre les infections à E. coli.
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute, de l’Université d’Oslo, de l’Imperial College de Londres et de l’UCL ont maintenant cartographié l’évolution de cette souche d’E. coli, sa prévalence et sa distribution. À l’aide de la génomique des populations à haute résolution, du séquençage du génome entier et d’outils informatiques avancés, ils ont analysé 5 065 échantillons cliniques de différents pays et périodes. Les données comprenaient de vastes collections d’échantillons du Royaume-Uni et de Norvège, des échantillons adultes et néonatals nouvellement générés de six pays, tels que le Brésil, le Mexique et le Laos, entre autres, et des échantillons de l’ère pré-antibiotique, à partir de 1932.
Ils ont découvert que cette capsule spécifiquement virulente – K1 – remonte en fait plus loin dans le temps, environ 500 ans plus tôt qu’on ne l’imaginait auparavant. Cela met en évidence l’importance de la capsule pour la survie de la bactérie et le rôle de la barrière extracellulaire dans le succès d’E. coli comme principale cause d’infections extra-intestinales.
Le Dr Sergio Arredondo-Alonso, auteur principal de l’étude de l’Université d’Oslo et du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « C’était excitant de découvrir la possibilité de reconstruire l’histoire évolutive de la capsule K1 au cours du dernier demi-millénaire, et de voyez comment les gènes de la capsule ont été acquis maintes et maintes fois par de nombreuses lignées différentes de cette espèce pathogène au cours des siècles.Comme ni la prévalence ni l’histoire de K1 n’étaient connues, nous avions l’impression d’être entrés dans un territoire véritablement inexploré et d’avoir considérablement avancé la compréhension de cette espèces pathogènes majeures ».
L’étude montre également que 25% de toutes les souches actuelles d’E. coli responsables d’infections sanguines contiennent l’information génétique nécessaire au développement de la capsule K1. L’obtention d’un historique évolutif complet de cette souche permettra désormais aux chercheurs de comprendre comment les bactéries obtiennent le matériel génétique responsable de la virulence sévère en premier lieu, et d’analyser les moyens de les combattre.
En utilisant des enzymes de bactériophages, qui sont des virus qui infectent et tuent les bactéries, les chercheurs ont pu supprimer la barrière extracellulaire de la bactérie et la rendre vulnérable au système immunitaire humain. Les chercheurs ont démontré dans des études in vitro utilisant du sérum humain – une partie liquide du sang couramment utilisée dans les études en laboratoire – que le ciblage de cette capsule peut être un moyen de traiter largement l’infection à E. coli sans utiliser d’antibiotiques, conformément aux précédentes expériences expérimentales. infections chez les animaux.
Le Dr Alex McCarthy, auteur principal de l’étude de l’Imperial College de Londres, a déclaré : « Nous avons spécifiquement démontré les progrès rendus possibles en combinant la microbiologie expérimentale avec la génomique des populations et les outils de modélisation évolutive, pour ouvrir une fenêtre sur la traduction des résultats dans la pratique clinique future. Nous montrons que le ciblage thérapeutique de la capsule K1 rend ces pathogènes plus vulnérables à notre système immunitaire, et offre la possibilité de prévenir des infections graves. Par exemple, il pourrait aider à traiter les nouveau-nés atteints de méningite causée par K1 E. coli, qui est une maladie rare mais dangereuse associée à une mortalité élevée et à de graves effets néfastes sur la santé à long terme. »
Le professeur Jukka Corander, co-auteur principal de l’étude de l’Institut Wellcome Sanger et de l’Université d’Oslo, a déclaré : « Notre recherche montre l’importance des enquêtes génomiques représentatives des agents pathogènes dans le temps et dans l’espace. Ces études nous permettront de reconstruire le l’histoire évolutive des lignées bactériennes réussies et des changements précis dans leur constitution génétique qui peuvent conduire à leur capacité à se propager et à provoquer des maladies. Une telle connaissance fournit finalement la base pour concevoir de futures interventions et thérapies contre ces agents pathogènes.
Plus d’information:
Histoire évolutive et fonctionnelle de la capsule Escherichia coli K1, Communication Nature (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-39052-w