Une question importante et toujours sans réponse est de savoir comment les nouveaux gènes responsables de la résistance aux antibiotiques apparaissent. Dans une nouvelle étude, des chercheurs suédois et américains ont montré comment de nouveaux gènes qui produisent une résistance peuvent provenir de séquences d’ADN complètement aléatoires. Les résultats ont été publiés dans la revue PLOS Genetics.
La résistance aux antibiotiques est un problème mondial majeur et la propagation de bactéries résistantes entraîne des maladies et la mort, et constitue un coût majeur pour la société. Le moyen le plus courant pour les bactéries de développer une résistance consiste à capturer divers types de gènes de résistance provenant d’autres bactéries. Ces gènes codent pour des protéines (peptides) qui peuvent conduire à une résistance en: (i) désactivant l’antibiotique, (ii) réduisant sa concentration, ou (iii) modifiant la cible de l’antibiotique afin que l’antibiotique ne puisse plus se lier à cette cible et donc s’arrêter la croissance de la bactérie.
Une fois que les gènes de résistance sont apparus, ils peuvent se propager rapidement entre différentes bactéries pathogènes et réduire l’efficacité de nos antibiotiques. Il est donc important de détecter et de caractériser les nouveaux gènes de résistance le plus rapidement possible – afin de suivre la propagation de la résistance et également de faciliter le traitement et le développement de nouveaux antibiotiques.
Pour étudier l’émergence de gènes de résistance, les chercheurs ont utilisé des expériences de laboratoire pour déterminer s’il était possible de générer un gène à partir de séquences d’ADN aléatoires qui donneraient lieu à une résistance aux antibiotiques. Cela a été fait en concevant d’abord près d’un milliard de séquences d’ADN aléatoires qui ont ensuite été placées sur un plasmide dans la bactérie intestinale Escherichia coli. (Les plasmides sont des molécules d’ADN qui se répliquent indépendamment et peuvent être transférées d’un organisme à un autre.)
Ces séquences d’ADN aléatoires ont ensuite été exprimées dans la bactérie sous forme de peptides courts. Alors que la plupart de ces peptides n’avaient aucun effet sur la bactérie, six peptides différents l’ont fait, ce qui a amené la bactérie à devenir résistante à l’antibiotique Colistin, un antibiotique important de dernier recours utilisé dans les infections graves pour tuer les bactéries en se liant à et détruire la membrane cellulaire de la bactérie. Ces peptides ont provoqué une résistance en augmentant l’expression de gènes impliqués dans la modification de la membrane cellulaire de la bactérie. Cette modification de la membrane cellulaire a eu pour résultat que l’antibiotique ne pouvait pas se lier à la membrane cellulaire, et donc ne pouvait pas réduire la survie de la bactérie.
«Nous avons maintenant montré dans deux études différentes que des séquences aléatoires d’acides aminés peuvent donner naissance à de nouvelles fonctions bénéfiques pour la bactérie comme la résistance aux antibiotiques. Cela suggère que l’évolution de nouvelles fonctions à partir de séquences d’ADN aléatoires n’est pas aussi inhabituelle qu’auparavant », déclare Dan I. Andersson, professeur de bactériologie médicale et responsable de l’étude.
Une question importante qui reste sans réponse et nécessite une étude plus approfondie est de savoir si ces nouveaux gènes sont naturellement présents dans les bactéries ou ne peuvent être observés que dans des expériences en laboratoire. «
Michael Knopp, chercheur postdoctoral, premier auteur Département de biochimie médicale et microbiologie, Université d’Uppsala
La source:
Référence du journal:
Knopp, M., et al. (2021) Un nouveau type de gènes de résistance à la colistine sélectionnés dans un espace de séquence aléatoire. PLOS Génétique. doi.org/10.1371/journal.pgen.1009227.
