Comment les bactéries à croissance rapide peuvent résister aux antibiotiques

Les résultats montrent que les individus à croissance rapide au sein des colonies bactériennes affichent une expression significativement plus élevée de ribosomes actifs – des particules dans la cellule qui synthétisent les protéines. Cela aide les bactéries à éviter l’accumulation d’une classe importante d’antibiotiques appelés macrolides et donc à résister aux thérapies. Ces découvertes pourraient être utilisées pour éclairer le développement de composés antibiotiques améliorés qui ciblent cette stratégie de survie.

Les infections bactériennes peuvent provoquer une intoxication alimentaire, une pneumonie, une septicémie et d’autres maladies graves. Bien qu’ils puissent être traités avec des antibiotiques, la surutilisation de ces médicaments ces dernières années signifie que les bactéries y deviennent de plus en plus résistantes, ce qui constitue une menace importante pour la santé mondiale.

Pour qu’un antibiotique soit efficace contre l’infection, il doit atteindre sa cible cellulaire à une concentration suffisante pour inhiber la croissance bactérienne.

« La résistance aux antibiotiques continue de menacer la viabilité des traitements actuels. Nous devons comprendre comment les bactéries individuelles au sein d’une colonie peuvent empêcher les antibiotiques de pénétrer dans leurs cellules, afin de pouvoir cibler ce mécanisme avec de nouvelles thérapies », déclare Urszula Łapińska, PDRA à l’université. d’Exeter, Royaume-Uni. “La plupart des données existantes sur la perméabilité des médicaments dans les bactéries ont été obtenues grâce à des mesures qui prennent un résultat moyen d’une grande population ou sont dérivées d’un petit nombre de bactéries. Cela signifie que l’on sait peu de choses sur la variabilité de l’accumulation individuelle de médicaments dans de nombreux cas. cellules dans une colonie bactérienne.

Pour combler cette lacune, Łapińska et l’équipe ont commencé par l’hypothèse que les variations dans la façon dont les bactéries réagissent aux médicaments pourraient être entraînées par les taux variables de transport des médicaments entre les cellules individuelles. Pour tester cela, l’équipe a utilisé une approche multi-analytique, combinant la microfluidique-microscopie, les bactéries qui constituent une menace pour la santé – à savoir Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia et Staphylococcus aureus et des sondes fluorescentes dérivées d’antibiotiques par le Dr Mark Blaskovich de l’Université du Queensland. Cette approche a permis à l’équipe d’examiner les interactions entre les antibiotiques courants et de nombreuses bactéries individuelles vivantes en temps réel, pendant le dosage des médicaments. En combinant cette approche avec des techniques de modélisation mathématique développées par le professeur Krasimira Tsaneva-Atanasova de l’Université d’Exeter, l’équipe a obtenu des données qu’elle pourrait utiliser pour identifier rapidement et efficacement les bactéries individuelles résistantes aux antibiotiques.

Leurs analyses ont démontré que les individus à croissance rapide au sein d’une colonie évitent l’accumulation de macrolides dans leurs cellules – une découverte qui contraste avec la pensée actuelle selon laquelle la croissance cellulaire lente est le principal contributeur à la survie aux antibiotiques sans variation génétique. Cet évitement est rendu possible par une quantité significativement plus élevée de ribosomes avant le traitement médicamenteux, par rapport aux homologues à croissance lente des individus. Les ribosomes activent les processus cellulaires essentiels, y compris l’efflux – un système qui pompe les substances toxiques, telles que les composés antimicrobiens, hors de la cellule.

En utilisant ces nouvelles connaissances, les chercheurs ont ensuite montré que la manipulation chimique de la membrane externe des cellules bactériennes permet d’éradiquer les variants à croissance rapide qui présentent une faible accumulation de macrolides, contribuant ainsi à notre lutte contre la résistance aux antibiotiques.

“Ce travail révèle une stratégie de survie jusqu’ici non reconnue chez certains membres des colonies bactériennes”, conclut le Dr Stefano Pagliara, maître de conférences en microfluidique à l’Université d’Exeter, au Royaume-Uni. « Ces connaissances bénéficieront directement aux microbiologistes et aux cliniciens qui travaillent au développement de thérapies antibiotiques plus efficaces. À plus long terme, nous espérons que l’utilisation de notre nouvelle approche en milieu clinique contribuera à éclairer la conception de médicaments améliorés et nous aidera dans la lutte contre la résistance aux antibiotiques.”

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