Des gènes destructeurs d’antibiotiques répandus dans les bactéries du sol et des humains

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Ci-dessus, deux vues 3D différentes de TetX7 (vert), une enzyme destructrice de la tétracycline qui provoque une résistance à tous les antibiotiques tétracyclines (la petite molécule multicolore au centre). Des chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis et des National Institutes of Health (NIH) ont découvert que les gènes qui confèrent le pouvoir de détruire les tétracyclines sont répandus dans les bactéries qui vivent dans le sol et chez les humains. Crédits: Timothy Wencewicz

La dernière génération de tétracyclines, une classe d’antibiotiques puissants de première intention, a été conçue pour contrecarrer les deux moyens les plus courants pour les bactéries de résister à ces médicaments. Mais une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de Washington à Saint-Louis et du National Institutes of Health (NIH) a révélé que les gènes représentant une autre méthode de résistance sont répandus chez les bactéries qui vivent dans le sol et sur les humains. Certains de ces gènes confèrent le pouvoir de détruire toutes les tétracyclines, y compris la dernière génération de ces antibiotiques.


Cependant, les chercheurs ont créé un composé chimique qui protège les tétracyclines de la destruction. Lorsque le composé chimique a été administré en association avec des tétracyclines dans le cadre de la nouvelle étude, les effets létaux des antibiotiques ont été rétablis.

Les résultats, disponibles en ligne sur Biologie des communications, indiquent une menace émergente pour l’une des classes d’antibiotiques les plus utilisées, mais également un moyen prometteur de se protéger contre cette menace.

“Nous avons découvert pour la première fois des gènes destructeurs de la tétracycline il y a cinq ans dans des bactéries environnementales inoffensives, et nous avons dit à l’époque que les gènes risquaient de pénétrer dans des bactéries qui causent des maladies, entraînant des infections très difficiles à traiter”, a déclaré co-auteur principal Gautam Dantas, Ph.D., professeur de pathologie et d’immunologie et de microbiologie moléculaire à la Washington University School of Medicine de St. Louis. “Une fois que nous avons commencé à rechercher ces gènes dans des échantillons cliniques, nous les avons trouvés immédiatement. Le fait que nous ayons pu les trouver si rapidement me dit que ces gènes sont plus répandus que nous ne le pensions. Ce n’est plus un risque théorique que ce soit un problème à la clinique. C’est déjà un problème. “

En 2015, Dantas, également professeur de génie biomédical, et Timothy Wencewicz, Ph.D., professeur agrégé de chimie en arts et sciences à l’Université de Washington, ont découvert 10 gènes différents qui ont chacun donné aux bactéries la capacité de couper la partie toxique de la molécule de tétracycline, inactivant ainsi le médicament. Ces gènes codent pour des protéines que les chercheurs ont surnommées tetracycline destructases.

Mais ils ne savaient pas à quel point ces gènes étaient répandus. Pour le savoir, Dantas et le premier auteur Andrew Gasparrini, Ph.D. – puis un étudiant diplômé du laboratoire de Dantas a examiné 53 sols, 176 selles humaines, deux excréments d’animaux et 13 échantillons de latrines pour des gènes similaires aux 10 qu’ils avaient déjà trouvés. L’enquête a révélé 69 autres gènes possibles de la tetracycline-destructase.

Ils ont ensuite cloné certains des gènes dans des bactéries E. coli qui n’avaient aucune résistance aux tétracyclines et ont testé si les bactéries génétiquement modifiées ont survécu à l’exposition aux médicaments. E. coli qui avait reçu des gènes de destructase supposés de bactéries du sol a inactivé certaines des tétracyclines. E. coli qui avait reçu des gènes de bactéries associées aux humains a détruit les 11 tétracyclines.

Cette vidéo montre deux vues 3D différentes de TetX7 (vert), une enzyme destructrice de la tétracycline qui provoque une résistance à tous les antibiotiques tétracyclines (la petite molécule multicolore au centre). Des chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis et des National Institutes of Health (NIH) ont découvert que les gènes qui confèrent le pouvoir de détruire les tétracyclines sont répandus dans les bactéries qui vivent dans le sol et chez les humains. Crédits: Timothy Wencewicz

“Ce qui est effrayant, c’est qu’une des tétracyclines destructases que nous avons trouvées dans les bactéries associées à l’homme – Tet (X7) – peut avoir évolué à partir d’une destructase ancestrale dans les bactéries du sol, mais elle a une gamme plus large et une efficacité accrue”, a déclaré Wencewicz, qui est co-auteur principal de la nouvelle étude. “Habituellement, il y a un compromis entre la largeur d’une enzyme et son efficacité. Mais Tet (X7) parvient à être large et efficace, et c’est une combinaison potentiellement mortelle.”

Dans le premier écran, les chercheurs avaient trouvé des gènes de tétracycline-destructase uniquement dans des bactéries non connues pour provoquer des maladies chez l’homme. Pour savoir si les espèces pathogènes portaient également de tels gènes, les scientifiques ont scanné les séquences génétiques des échantillons cliniques que Dantas avait collectés au fil des ans. Ils ont trouvé Tet (X7) dans une bactérie qui avait causé une infection pulmonaire et envoyé un homme aux soins intensifs au Pakistan en 2016.

Les tétracyclines existent depuis les années 40. Ils sont l’une des classes d’antibiotiques les plus utilisées, utilisées pour des maladies allant de la pneumonie aux infections cutanées ou urinaires, aux ulcères d’estomac, ainsi qu’en agriculture et en aquaculture. Au cours des dernières décennies, l’augmentation de la résistance aux antibiotiques a poussé les sociétés pharmaceutiques à dépenser des centaines de millions de dollars pour développer une nouvelle génération de tétracyclines qui soit imperméable aux deux stratégies de résistance les plus courantes: expulser les médicaments de la cellule bactérienne avant qu’ils ne puissent faire du mal et fortifier les personnes vulnérables parties de la cellule bactérienne.

L’émergence d’une troisième méthode de résistance aux antibiotiques chez les bactéries pathogènes pourrait être désastreuse pour la santé publique. Pour mieux comprendre le fonctionnement de Tet (X7), le co-auteur principal Niraj Tolia, Ph.D., chercheur principal à l’Institut national des allergies et des maladies infectieuses au NIH, et co-auteur Hirdesh Kumar, Ph.D., un chercheur postdoctoral du laboratoire de Tolia a résolu la structure de la protéine.

“J’ai établi que Tet (X7) est très similaire aux structures connues mais beaucoup plus actif, et nous ne savons pas vraiment pourquoi, car la partie qui interagit avec les cycles de la tétracycline est la même”, a déclaré Kumar. “Je prends maintenant une approche de dynamique moléculaire afin que nous puissions voir la protéine en action. Si nous pouvons comprendre pourquoi elle est si efficace, nous pouvons concevoir des inhibiteurs encore meilleurs.”

Wencewicz et ses collègues ont précédemment conçu un composé chimique qui préserve la puissance des tétracyclines en empêchant les destructases de mâcher les antibiotiques. Dans la dernière étude, la co-auteure Jana L. Markley, Ph.D., chercheuse postdoctorale au laboratoire de Wencewicz, a évalué cet inhibiteur contre la bactérie du patient au Pakistan et sa puissante Tet (X7) destructase. L’ajout du composé a rendu les bactéries deux à quatre fois plus sensibles aux trois dernières générations de tétracyclines.

“Notre équipe a pour devise de prolonger les paroles sages de Benjamin Franklin:” Dans ce monde, rien ne peut être dit avec certitude, à l’exception de la mort, des taxes et de la résistance aux antibiotiques “”, a déclaré Wencewicz. “La résistance aux antibiotiques va se produire. Nous devons prendre de l’avance et concevoir des inhibiteurs maintenant pour protéger nos antibiotiques, car si nous attendons jusqu’à ce qu’il devienne une crise, il est trop tard.”


La stratégie suggère des moyens de se préparer à l’apparition de superbactéries résistantes aux antibiotiques


Plus d’information:
Andrew J. Gasparrini et al, les enzymes inactivantes à la tétracycline provenant de bactéries environnementales, commensales humaines et pathogènes provoquent une résistance à la tétracycline à large spectre, Biologie des communications (2020). DOI: 10.1038 / s42003-020-0966-5

Fourni par
École de médecine de l’Université de Washington

Citation:
                                                 Des gènes destructeurs d’antibiotiques répandus dans les bactéries dans le sol et sur les humains (2020, 3 juin)
                                                 récupéré le 3 juin 2020
                                                 depuis https://phys.org/news/2020-06-antibiotic-destroying-genes-widespread-bacteria-soil.html

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