Grâce à des enzymes, certaines bactéries peuvent détruire la pénicilline et même s'en servir comme nourriture. Une nouvelle inquiétante à première vue, mais qui pourrait aussi avoir des applications positives.

Cela vous intéressera aussi [EN VIDÉO] La résistance des bactéries aux antibiotiques, une menace grandissante Les antibiotiques possèdent la propriété de tuer ou de limiter la propagation des bactéries. Or, certaines ne réagissent plus aux traitements. Dans cet épisode, Patrice Courvalin explique les trois grands mécanismes du processus de résistance.

Dix ans : c'est le temps qu'il aura fallu aux chercheurs pour comprendre comment des bactéries, censées être tuées par les antibiotiques, arrivent non seulement à se défendre mais à dévorer leur attaquant. Tout part d'une découverte complètement fortuite. En 2008, Gautam Dantas, chercheur à la Washington University à St Louis, étudie la réponse des bactéries en présence de pénicilline. Alors qu'il s'attend à voir les populations microbiennes diminuer, il constate à l'inverse une croissance démultipliée en présence de l'antibiotique. La population est ainsi jusqu'à 50 fois supérieure à celle observée dans un cas d'antibiorésistance classique. Les bactéries, loin d'être tuées par la pénicilline, catabolisent la molécule et utilisent les produits de sa dégradation à leur profit.

Dans une étude publiée le 30 avril 2018 dans la revue Nature Chemical Biology, des chercheurs de l'université (dont Gautam Dantas) ont trouvé l'explication de ce phénomène étrange. Ils ont d'abord cherché, chez des bactéries vivant dans le sol, quels gènes étaient impliqués dans la fabrication des enzymes dégradant la pénicilline. Ils ont ensuite transféré ces gènes chez Escherichia coli, une bactérie intestinale très commune chez l'être humain.

Ils ont découvert une dizaine d'enzymes capables de dégrader la pénicilline et de permettre à la bactérie d'utiliser les déchets de la molécule comme nourriture. Assez effrayant à première vue, car au lieu de soigner, l'administration de pénicilline pourrait ainsi aggraver une infection en démultipliant les bactéries pathogènes. Heureusement, ce mécanisme n'a pas encore été détecté chez des souches dangereuses pour l'Homme. Mais on sait que les bactéries ont une capacité à échanger et partager des gènes. Ce n'est peut-être qu'une question de temps...

Mécanismes supposés du catabolisme de la pénicilline chez les bactéries du sol (en a) et chez les Escherichia coli modifiées (en b). La pénicilline pénètre à travers la membrane externe (caractéristique des bactéries Gram-négatif) dans le périplasme, espace intermédiaire entre les deux membranes. Les enzymes bêta-lactamases (en bleu) catalysent la réaction la transformant en acide benzylpénicillique. En a, une protéine membranaire (en rouge clair) transporte ce dernier dans le cytoplasme où il est dégradé en acide phénylacétique par d'autres enzymes (en rouge). Le mécanisme est similaire chez E. coli modifiée, à ceci près que la dégradation se déroule intégralement dans le périplasme. La compréhension de ces réactions ouvre peut-être des pistes pour les exploiter. © Terence S. Crofts et al., Nature

Une future technique pour éliminer les polluants ?

Loin d'être alarmistes, les chercheurs voient dans leur découverte une véritable source d'espoir. En effet, on retrouve aujourd'hui de plus en plus de traces d'antibiotiques dans les eaux usées, issus de l'urine, des effluents des élevages ou des hôpitaux. Il serait théoriquement possible de créer des bactéries sur-mesure possédant les gènes codant pour les enzymes destructrices et de s'en servir pour dégrader ces polluants. Une stratégie à manier avec précaution, reconnaît Gautam Dantas, puisqu'elle consiste à introduire dans l'environnement une nouvelle forme d'agents infectieux.

Selon le chercheur, le risque serait cependant limité car l'enzyme qui désactive la pénicilline (la première étape avant sa destruction) est la même que celle déjà utilisée par les bactéries antibiorésistantes. Une autre piste serait de se servir des enzymes pour fabriquer de nouveaux antibiotiques semi-synthétiques, en associant les différents morceaux de la molécule de pénicilline une fois qu'elle a été découpée. Bref, la guerre entre bactéries et antibiotiques est loin d'être finie.

Pour en savoir plus

Les bactéries s’entraident pour résister aux antibiotiques

Article de Claire Peltier publié le 4 septembre 2010

La résistance des bactéries aux antibiotiques n'est pas nouvelle, mais on vient de découvrir que les bactéries résistantes peuvent, dans un geste altruiste, aider leurs compagnes sensibles à survivre.

La résistance des bactéries aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique, encore soulevé dernièrement après la découverte de bactéries NDM-1 d'origine asiatique et qualifiées de « super résistantes ». Certaines pathologies infectieuses risquent de ne plus pouvoir être traitées efficacement et de conduire à un nombre important de décès. Les connaissances sur le mécanisme d’apparition des résistances sont essentielles pour lutter contre ce problème mondial.

Le mécanisme de résistance ne semblait a priori pas être complexe. Des mutations dans les génomes bactériens peuvent apparaître spontanément, certaines silencieuses, d'autres létales pour le microorganisme, ou, et c'est là que le bât blesse, leur conférant un avantage. Il peut s'agir de la mutation d'un gène qui assure alors un moyen de survivre à un antibiotique. Si au sein d'une population bactérienne, une seule bactérie acquiert la résistance, il était supposé que celle-ci se multipliait au détriment de ses compagnes, tuées par la molécule car privées du gène salvateur.

De nouvelles recherches, aujourd'hui publiées dans le journal Nature, démontrent l'existence d'un autre mécanisme. Le groupe de chercheurs du Howard Hughes Medical Institute et de l'université de Boston ont décrypté le mécanisme de résistance aux antibiotiques chez Escherichia coli, une bactérie intestinale parfois responsable de pathologies.

Les bactéries ont été placées dans un bioréacteur en présence d'une concentration non létale de norfloxacine (un antibiotique), afin de favoriser l'apparition de résistances. Régulièrement, les scientifiques ont prélevé des échantillons de bactéries pour mesurer la concentration minimale inhibitrice (CMI), c'est-à-dire la concentration en antibiotique permettant d'inhiber totalement la croissance bactérienne.

Un antibiogramme permet de déterminer les concentrations minimales d'inhibition bactérienne. © Wikimédia Commons

Un pour tous…

Curieusement, beaucoup des échantillons prélevés possédaient une CMI inférieure à la CMI de la population globale, indiquant que la majorité des bactéries étaient moins résistantes que la moyenne. Cependant, quelques échantillons (très peu) montraient une CMI fortement supérieure à la moyenne. Ainsi, parmi la population bactérienne, environ 1% des bactéries tiraient la résistance vers le haut.

En analysant les protéines sécrétées par les quelques bactéries très résistantes, les chercheurs ont découvert que la tryptophanase était particulièrement abondante. Cette enzyme découpe le tryptophane (un acide aminé) en morceaux plus petits, dont un, l'indole, est exprimé en cas de stress des bactéries. L'indole possède une double fonction de résistance. La première permet d'évacuer la molécule antibiotique de la bactérie grâce à l'activation de la machinerie de pompe cellulaire. La deuxième action consiste en l'activation d'une voie métabolique empêchant la synthèse de radicaux libres, qui peut être favorisée par l'antibiotique.

Encore plus étonnant, les bactéries très résistantes synthétisent l'indole en très grande quantité pour subvenir aux besoins des bactéries sensibles. Mais cette production a un coût qui ralentit la propre croissance des super bactéries. Cet acte, que l'on pourrait qualifier d'altruiste s'il s'agissait d'un acte humain, est contraire à la logique darwinienne. En effet, la théorie de l'évolution veut que les organismes les plus adaptés résistent et que les autres meurent. Mais la théorie de la sélection de parentèle formulée par W. D. Hamilton en 1964 explique que la sélection naturelle pousse des organismes aux liens génétiques suffisamment proches à se sacrifier pour assurer la survie globale de l'espèce.

Cette voie de résistance par l'indole, une molécule répandue chez les bactéries, est donc potentiellement utilisée par d'autres espèces bactériennes pathogènes. Une nouvelle cible existe maintenant pour pour développer de nouveaux antibiotiques, qui sont de plus en plus attendus par le corps médical. Rappelons encore une fois que la surconsommation d'antibiotiques est à l'origine des phénomènes de résistance, et que plus que jamais, les antibiotiques, c'est pas automatique !