Les scientifiques ont découvert une faille contre-intuitive dans la façon dont les bactéries propagent des gènes résistants aux antibiotiques à travers de petits morceaux circulaires d’ADN appelés plasmides.
Les plasmides, présents dans les bactéries et certains autres micro-organismes, sont physiquement séparés de l’ADN chromosomique et peuvent se répliquer tout seuls. Les bactéries peuvent acquérir des plasmides à partir d’autres cellules bactériennes ou de virus et, à mesure que les plasmides s’accumulent, ils confèrent aux bactéries une résistance aux antibiotiques.
Mais certains plasmides sont plus faciles à acquérir que d’autres par les bactéries. Qu’est-ce qui fait que ces plasmides se propagent plus facilement ?
Même si le bon sens pourrait suggérer que les plasmides qui se propagent le plus facilement sont ceux qui permettent aux bactéries de se développer le plus rapidement, un nouvelle étude dans Communications naturellesdirigé par Allison Lopatkin, professeur adjoint de génie chimique à l’Université de Rochester, décrit le surprenant compromis évolutif entre le temps de latence et le taux de croissance.
L’acquisition rapide de plasmides a un coût
« On pourrait penser que quelque chose qui est capable de croître plus rapidement fera toujours mieux, mais nous avons constaté que ce n’est pas vrai car les coûts d’acquisition se manifestent par un retard plutôt que par un taux de croissance », explique Lopatkin. « Prendre un peu plus de temps pour laisser ce plasmide s’établir a finalement aidé le gène à se propager plus rapidement. »
Lopatkin et son équipe ont étudié les taux de croissance de colonies uniques de bactéries immédiatement après l’acquisition du plasmide. Dans près de 60 conditions couvrant divers plasmides, environnements de sélection et souches cliniques, ils ont constaté que les plasmides à coût intermédiaire surpassent leurs homologues à faible et à haut coût.
La recherche montre que les coûts des plasmides sont plus complexes qu’on ne le pensait auparavant et constituent une étape vers une meilleure compréhension des raisons pour lesquelles certains types d’agents pathogènes réussissent mieux à acquérir des plasmides que d’autres. Si les scientifiques parviennent à comprendre ce qui contrôle les coûts d’acquisition d’un plasmide, ils pourront potentiellement utiliser ces informations pour limiter la propagation des gènes résistants aux antibiotiques.
« Nous considérons le transfert horizontal de gènes comme un outil d’ingénierie permettant de contrôler la manière dont les gènes peuvent se propager et d’aider les communautés bactériennes à interagir », explique Lopatkin. « En comprenant chaque élément, nous espérons non seulement pouvoir lutter contre des phénomènes tels que la résistance aux antibiotiques, mais également utiliser des plasmides pour transmettre des gènes qui peuvent aider les bactéries naturelles à dégrader le pétrole provenant des marées noires. Il existe de nombreuses applications pour lesquelles les microbiomes peuvent être utiles. »
Lopatkin et son laboratoire prévoient d’étudier plus en profondeur les conditions génétiques et environnementales sous-jacentes qui conduisent avec succès au transfert horizontal de gènes. L’équipe de Lopatkin utilisera la modélisation informatique, la bioinformatique et des expériences mécanistiques pour étudier les facteurs moléculaires favorisant la formation de nouvelles combinaisons souche-plasmide.
« En fin de compte, nous espérons pouvoir prédire le transfert de gènes à haut risque avant qu’il ne se produise, nous permettant ainsi d’explorer de nouvelles stratégies de contrôle et de traitement », explique Lopatkin.
Plus d’information:
Mehrose Ahmad et al, Le compromis entre le temps de latence et le taux de croissance détermine le coût d’acquisition du plasmide, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-38022-6