Selon une étude publiée aujourd’hui dans eVie.
Comme d’autres espèces de bactéries, Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) est capable de former des structures complexes appelées biofilms qui permettent aux cellules bactériennes de résister aux facteurs de stress tels que les antibiotiques et les cellules immunitaires. Pour cette étude, l’équipe de recherche a fait évoluer des populations de M. tuberculosis en laboratoire et a découvert qu’il pouvait former des biofilms épais en raison de mutations dans des régions génétiques qui provoquent plusieurs changements à la fois. Ces résultats pourraient éclairer le développement d’antibiotiques ciblés sur la croissance du biofilm.
En tant que deuxième cause de décès due aux maladies infectieuses dans le monde, la tuberculose est une menace majeure pour la santé publique et il existe un besoin urgent de nouvelles stratégies pour diagnostiquer, traiter et contrôler l’infection.
« La tuberculose reste une infection difficile à traiter en raison de la capacité de la bactérie à persister face à la pression antibiotique et immunitaire, et à acquérir de nouvelles résistances aux médicaments », explique Madison Youngblom, étudiante diplômée au laboratoire de l’auteur principal Caitlin Pepperell, Université du Wisconsin-Madison , États-Unis, et co-premier auteur de l’étude aux côtés de Tracy Smith, New York Genome Center, New York, États-Unis. « Pour mieux traiter et contrôler la tuberculose, nous devons comprendre les sources de la robustesse de la bactérie et identifier ses vulnérabilités. Nous voulions en savoir plus sur la façon dont elle est capable de former des biofilms en découvrant les gènes et les régions génétiques impliquées dans la croissance du biofilm, ainsi que comme la façon dont la bactérie évolue en réponse aux changements de son environnement. »
Pour ce faire, l’équipe a utilisé l’évolution expérimentale de M. tuberculosis, un outil puissant pour éclairer les forces et les vulnérabilités de la bactérie qui a conduit à des informations importantes sur les processus fondamentaux qui guident son adaptation. Ils ont fait évoluer six souches étroitement apparentées de M. tuberculosis sous pression sélective pour qu’elles se développent sous forme de biofilm. À intervalles réguliers, ils ont photographié le biofilm et ont décrit sa croissance selon quatre critères : la surface liquide couverte par le biofilm, son attachement et sa croissance sur les côtés de la boîte, l’épaisseur du biofilm et la continuité de la croissance (par rapport à plaques de croissance discontinues).
Leurs travaux ont révélé que chaque souche était capable de s’adapter rapidement à la pression environnementale, avec la croissance d’un biofilm plus épais et donc plus robuste. Les régions génétiques qui ont muté au cours de l’expérience, provoquant cette croissance de biofilm, étaient principalement des régulateurs tels que regX3, phoP, embR et Rv2488c. « Ces régulateurs contrôlent l’activité de plusieurs gènes, ce qui signifie qu’une seule mutation peut provoquer de nombreux changements en une seule fois », explique Youngblom. « C’est un processus efficace que nous avons observé lorsque nous avons examiné les différentes caractéristiques des bactéries, telles que leur taille de cellule et leur taux de croissance. »
De plus, l’équipe a trouvé des preuves suggérant que le fond génétique de la souche parentale de M. tuberculosis avait un impact sur la croissance accrue des biofilms. Cela signifie que les interactions entre les facteurs génétiques pourraient jouer un rôle important dans l’adaptation de M. tuberculosis à des environnements changeants.
« Les bactéries sont susceptibles de se développer sous forme de biofilms dans de nombreux contextes, y compris l’infection des humains et d’autres hôtes, et lors de la colonisation d’environnements naturels et bâtis », explique l’auteur principal Caitlin Pepperell, chercheur principal à l’Université du Wisconsin-Madison. « Dans un contexte médical, les connaissances acquises grâce à nos travaux pourraient être utilisées pour explorer de nouveaux antibiotiques potentiels qui sont mieux à même d’attaquer les bactéries qui se développent de cette façon. pour aider à raccourcir et simplifier les stratégies de traitement actuelles. »
Tracy M Smith et al, Adaptation rapide d’un trait complexe au cours de l’évolution expérimentale de Mycobacterium tuberculosis, eVie (2022). DOI : 10.7554/eLife.78454