Les bactéries peuvent s’adapter grâce à un minuteur biologique pour survivre aux traitements antibiotiques

 

La capacité des micro-organismes à surmonter les traitements antibiotiques est l'un des principaux sujets de préoccupation de la médecine moderne. L'efficacité de beaucoup d'antibiotiques a été réduite par la capacité des bactéries à évoluer rapidement et à développer des stratégies pour résister aux antibiotiques. Les bactéries y parviennent grâce à des mécanismes spécifiques qui sont adaptés à la structure moléculaire ou à la fonction d'un antibiotique en particulier. Par exemple, les bactéries vont typiquement développer une résistance aux médicaments par l'évolution d'une mutation qui leur permet de décomposer le médicament.

Des chercheurs de l'Université hébraïque de Jérusalem ont tenté de déterminer s'ils pouvaient prédire un processus évolutif différent et le suivre en temps réel. En utilisant l'approche quantitative des physiciens, l'équipe a développé des outils d'expérimentation pour mesurer précisément la réponse des bactéries aux antibiotiques, et a développé un modèle mathématique du processus. Le modèle les a conduits à émettre l'hypothèse qu'une dose quotidienne toutes les trois heures permettrait aux bactéries de prévoir l’administration du médicament, et d’entrer en dormance pendant cette période afin de survivre.

Cette recherche a été dirigée par le professeur Nathalie Balaban de l'Institut de Physique Racah à la Faculté des sciences de l'Université hébraïque de Jérusalem, en collaboration avec des collègues de l'Institut Racah, du Centre de biologie computationnelle Sudarsky de l'Université de Jérusalem, du Broad Institute de Harvard et du MIT. «Optimisation des temps de latence à la base sous-tendant la tolérance des populations bactériennes qui évoluent sous l'exposition d’antibiotiques intermittent," a été publié dans l'édition du 25 juin de la revue Nature.

Pour vérifier leur hypothèse, les chercheurs ont administré des antibiotiques aux populations bactériennes dans un laboratoire pendant exactement trois heures chaque jour. Après seulement dix jours, ils ont pu observer que les bactéries utilisaient une nouvelle tactique de survie. Lorsqu'elles sont exposées à des cycles répétés de traitements antibiotiques, les bactéries s’adaptent à la durée de la contrainte résiduelle par antibiotique en se mettant en dormance pendant la période de traitement.

Les résultats ont démontré que les bactéries peuvent s’adapter en quelques jours. Plus important encore, cela démontre pour la première fois que les bactéries peuvent développer une minuterie biologique pour survivre à l'exposition aux antibiotiques.

Pour tester davantage leurs hypothèses, les chercheurs ont administré des antibiotiques durant des périodes différentes, exposant trois populations de bactéries différentes à des expositions répétées quotidiennes d'antibiotiques pendant 3, 5 ou 8 heures. Remarquablement, chacune des populations se sont adaptées en prolongeant leur stade de dormance pour correspondre à la durée de l'exposition.

Grâce à cette nouvelle compréhension de la façon dont les populations bactériennes font évoluer leurs stratégies de survie contre les antibiotiques, les scientifiques pourraient développer de nouvelles approches pour ralentir l'évolution de la résistance aux antibiotiques.

Maintenant qu'ils ont identifié la mutation responsable de la minuterie biologique, les chercheurs veulent recueillir des données cliniques pour voir si une réponse minutée similaire aux antibiotiques est active chez les êtres humains, permettant aux bactéries de rendre moins efficace les antibiotiques pris à heure fixe. Si cela s’avère être le cas, cela pourrait expliquer l'échec des traitements antibiotiques observés dans plusieurs maladies. A l'avenir, cela pourrait aider les médecins à recommander différents programmes de traitement. Cela pourrait également conduire à l'élaboration et l'utilisation accrue de médicaments qui peuvent maintenir des niveaux constants dans le corps.

Selon les chercheurs, l'étude démontre que les approches quantitatives de la physique peuvent aussi être utilisées pour traiter des questions fondamentales ainsi que cliniquement pertinentes en biologie.

Ce travail de recherche a été soutenu par le Conseil européen de la recherche (subvention de démarrage # 260871) et la Fondation israélienne des sciences (° 592/10), avec le soutien de la bourse Levtzion pour le chercheur Ofer Fridman.