La résistance aux antibiotiques est un problème médical important et croissant dans le monde entier. Les chercheurs du Laboratoire de biologie marine (MBL) et leurs collaborateurs ont découvert un nouvel arrangement génétique qui pourrait aider une bactérie courante dans l’intestin humain, Bacteroides fragilis, à se protéger de la tétracycline, un antibiotique largement utilisé.
Même si ces découvertes ne mèneront pas directement à de nouvelles méthodes de lutte contre les bactéries résistantes aux tétracyclines, les chercheurs ont découvert des arrangements génétiques inédits qui confèrent une résistance aux antibiotiques. Une telle compréhension pourrait aider à développer de nouvelles façons de limiter la propagation des gènes de résistance aux antibiotiques, par le biais de manipulations génétiques ou d’autres moyens.
Les résultats ont été rapportés dans le journal mBio par les scientifiques du MBL Joseph Vineis, Mitchell Sogin et Blair Paul, ainsi que par des collègues du MBL, de l’Argonne National Laboratory et de l’Université de Chicago.
La bactérie étudiée, Bacteroides fragilis, a été récupérée chez un patient atteint de colite ulcéreuse, où elle s’est révélée abondante pendant les périodes d’inflammation. L’équipe disposait d’un large ensemble d’échantillons à analyser provenant de patients atteints d’une maladie inflammatoire de l’intestin qui avaient été traités chirurgicalement pour soulager l’inflammation.
Ces échantillons ont été étudiés au MBL à l’aide de la métagénomique de fusil de chasse, qui produit des séquences pour tout le matériel génétique d’une communauté entière de cellules microbiennes. Il facilite également la culture de souches bactériennes de la communauté, fournissant les données nécessaires pour observer l’activité des gènes de résistance à la tétracycline lors de la croissance en présence de tétracycline. (Au moment où ils ont commencé ce travail, dit Vineis, « être capable de reconstruire des génomes à partir de données métagénomiques n’en était qu’à ses débuts dans le domaine. C’était une approche nouvelle, mais maintenant c’est courant. »)
« Lorsque nous avons examiné les données », explique Vineis, « il y avait un signal très fort » montrant un nombre élevé de copies de régions particulières du génome bactérien. L’une de ces régions, englobant de nombreux gènes, « était très abondante » dans l’échantillon, et plus tard, ils ont pu déterminer « que cette région particulière à nombre élevé de copies contenait une résistance à la tétracycline… Nous avons donc continué à creuser ».
Ces sections du génome à grand nombre de copies contenaient des fragments d’ADN qui peuvent se déplacer dans le génome ou même sauter dans un génome différent. Appelés transposons, ces éléments génétiques mobiles sont « des moyens importants permettant aux bactéries de développer des adaptations à l’environnement sans avoir à les réinventer complètement elles-mêmes », explique Vineis. Et dans les intestins humains, où un grand nombre d’espèces de bactéries intestinales se trouvent constamment à proximité, « le potentiel d’échange est très élevé », dit-il, et le taux augmente en cas d’inflammation.
Un tel échange de matériel génétique entre différentes espèces est appelé transfert horizontal. Blair Paul, chercheur adjoint au MBL, déclare que « nous pensons que ces transposons sont en fait un véhicule clé pour le transfert horizontal de gènes ».
Dans ce cas, les bactéries détectent apparemment la présence de tétracycline dans l’environnement et commencent « toute une cascade » de production d’un transposon contenant le gène de résistance, explique Vineis.
Ils ont découvert que la partie du transposon contenant le gène de résistance se présentait sous deux formes différentes au sein du même génome : parfois sous sa forme linéaire normale, et parfois enroulée en cercle. Les deux formes apparaissent simultanément dans le génome de Bacteroides fragilis, mais la forme linéaire contient un insert génomique unique dans la région de l’ADN qui code pour la machinerie de mobilisation dans d’autres cellules.
« Cela n’a jamais été vu auparavant, à notre connaissance », dit Paul, « ce type particulier de transposon ayant une sous-région amplifiée. Et cela se produit chez les bactéries qui coïncident avec une inflammation. »
L’expression accrue de ce groupe de gènes est potentiellement associée au succès de Bacteroides fragilis au cours de l’inflammation, bien que le lien ne soit pas encore prouvé et nécessite des recherches plus approfondies. Mais Paul affirme que les résultats « soulèvent de nouvelles questions sur le rôle du transfert de gènes dans la santé humaine, mais aussi sur la manière dont ces transposons sont contrôlés et comment ils peuvent évoluer au fil du temps ».
« Cette découverte ne va pas changer notre compréhension du monde de la résistance aux antibiotiques, mais il s’agit d’un nouveau type de mécanisme que nous pouvons au moins commencer à rechercher », déclare Vineis. « Il y a beaucoup d’attaques et de défenses qui se produisent dans le monde microbien dont nous n’avons même pas pleinement conscience. »
Plus d’information:
Un nouveau transposon conjugatif portant un plasmide amplifié de manière autonome, mBio (2024). DOI : 10.1128/mbio.02787 , journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.02787-23