Défis dans le traitement des infections à mycobactéries

Les Antibiotiques sont des médicaments utilisés pour tuer des bactéries ou stopper leur croissance. L'objectif principal de l'utilisation des antibiotiques est de se débarrasser des bactéries nuisibles qui causent des infections. Beaucoup d'infections courantes réagissent bien aux antibiotiques, et les patients se rétablissent souvent après une à deux semaines de traitement. Cependant, certaines infections sont plus difficiles à traiter, nécessitant des traitements d'antibiotiques beaucoup plus longs, parfois de plusieurs mois, voire des années. Les infections mycobactériennes, comme celles causées par la tuberculose, illustrent bien ce défi. Le traitement de ces infections est long pour éviter les rechutes.

Une des raisons pour lesquelles les mycobactéries sont difficiles à tuer avec des antibiotiques est un phénomène appelé "persistance". Certaines cellules bactériennes, connues sous le nom de persisters, réussissent à survivre même en présence d'antibiotiques. Des recherches des années 1940 ont montré que, bien que la plupart des bactéries meurent rapidement lorsqu'elles sont exposées à des antibiotiques comme la pénicilline, un petit groupe de cellules persisters peut vivre beaucoup plus longtemps. Ces cellules persisters ne sont pas résistantes aux antibiotiques et ne se multiplient pas en présence de l'antibiotique ; au lieu de cela, elles entrent dans un état spécial qui leur permet de survivre temporairement.

La plupart des bactéries peuvent former des cellules persisters, et ce mécanisme se met souvent en marche lors de situations stressantes, comme quand les nutriments sont rares ou lorsque l'environnement devient plus acide. Fait intéressant, ces stress se retrouvent également dans des zones du corps où le système immunitaire combat les infections. Cela signifie que parfois, le système immunitaire peut rendre plus difficile la tâche des antibiotiques pour éliminer les infections bactériennes.

#Comprendre les cellules persisters

Les cellules persisters ont été beaucoup étudiées dans une bactérie de laboratoire courante appelée Escherichia coli. Les chercheurs ont découvert plusieurs façons dont ces cellules se forment. Certains systèmes importants qui aident à former des persisters incluent des protéines spécifiques qui régulent la croissance et la division des bactéries. Cependant, il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas sur le fonctionnement de ces processus. Par exemple, il n'est pas clair comment le stress déclenche la formation de cellules persisters et comment ces cellules restent en vie lorsque des processus clés sont interrompus par les antibiotiques.

Même la manière dont les bactéries meurent après une exposition aux antibiotiques n'est pas complètement comprise. Traditionnellement, on pensait que les antibiotiques tuaient les bactéries en arrêtant leurs fonctions clés. Par exemple, certains antibiotiques détruisent la paroi cellulaire, provoquant l'éclatement des bactéries. Cependant, certaines études suggèrent que d'autres facteurs, comme l'accumulation de radicaux libres (ROS), pourraient également jouer un rôle dans la mort bactérienne. Pourtant, d'autres recherches n'ont pas trouvé de lien entre les ROS et la mort induite par les antibiotiques, laissant place à l'incertitude dans ce domaine.

#Etude axée sur les pathogènes mycobactériens

Étudier les cellules persisters dans les bactéries mycobactériens présente certains avantages. Les cellules persisters mycobactériennes peuvent survivre très longtemps lorsqu'elles sont exposées aux antibiotiques. Par exemple, la bactérie Mycobacterium tuberculosis nécessite de longs traitements, souvent de quatre mois ou plus, tandis que les mycobactéries non tuberculeuses peuvent nécessiter un traitement pendant un an et demi avec des taux de rechute élevés. Certaines espèces, comme Mycobacterium abscessus, présentent encore plus de défis en raison d'une résistance inhérente à de nombreux antibiotiques, entraînant l'utilisation de médicaments plus nocifs pour les patients et nécessitant souvent des durées de traitement beaucoup plus longues.

Des études précédentes ont examiné comment les mycobactéries réagissent aux antibiotiques, certaines se concentrant sur la manière dont les bactéries peuvent hériter de la résistance tandis que d'autres examinent comment se forment les cellules persisters. Des techniques comme la mutagenèse par transposon et CRISPR ont aidé les chercheurs à découvrir des gènes importants liés aux réponses antibiotiques. Ces études ont mis en lumière le rôle de la membrane cellulaire bactérienne dans le contrôle de la pénétration des antibiotiques dans les bactéries.

Cependant, l'étude des cellules persisters s'est avérée difficile en raison de la mort cellulaire généralisée lors des expériences. Cela peut masquer les effets de certaines mutations. Une étude réussie s'est concentrée sur l'antibiotique rifampicine et a identifié de nombreuses mutations liées aux cellules persisters. Cependant, il n'est pas clair si ces schémas s'appliquent à d'autres antibiotiques ou bactéries.

#Recherche actuelle sur Mycobacterium abscessus

Dans cette recherche, le processus de formation des cellules persisters dans M. abscessus a été étudié pour trouver des gènes nécessaires à la formation des cellules persisters spontanées et induites par la famine. Grâce à un criblage génétique complet, plusieurs voies liées à la survie des cellules persisters ont été identifiées. L'une des découvertes clés était qu'une enzyme spécifique appelée KatG aide les bactéries à survivre lorsqu'elles sont exposées à certains antibiotiques, indiquant que les ROS sont effectivement des facteurs dans la mort bactérienne.

#Cellules persisters induites par la famine

Pour mieux comprendre la Résistance aux antibiotiques, les chercheurs avaient d'abord besoin de conditions adaptées pour étudier les mycobactéries. Les criblages génétiques rencontrent des défis, comme de forts taux de mortalité cellulaire qui peuvent obscurcir les résultats et la possibilité d'émergence de mutants résistants aux médicaments. Pour relever ces défis, ils ont créé des conditions de culture à haute densité qui maintenaient l'efficacité des antibiotiques.

Ils ont testé plusieurs antibiotiques utilisés pour traiter les infections à M. abscessus, y compris la tigecycline et le linezolid, ainsi que ceux utilisés pour le traitement de la tuberculose, comme la rifampicine et l'isoniazide. Les chercheurs ont découvert que dans des conditions pauvres en nutriments (famine), le nombre de cellules persisters augmentait considérablement par rapport à des cultures bien nourries. Cette tendance a été observée chez plusieurs espèces de mycobactéries, indiquant que la famine est un déclencheur commun de la formation de persisters.

#Identification des voies clés dans M. abscessus

En utilisant ces conditions, les chercheurs ont réalisé un criblage par mutagenèse par transposon pour identifier les gènes essentiels à la formation des cellules persisters en réponse aux antibiotiques. Ils ont travaillé avec des milliers de mutations pour voir quels gènes contribuaient à la survie pendant le traitement antibiotique. Ils ont trouvé des centaines de gènes liés à la création de cellules persisters, dont certains étaient déjà connus pour jouer des rôles dans la réponse aux antibiotiques.

Fait intéressant, bien que les bactéries aient été traitées avec des antibiotiques inhibiteurs de la traduction, plusieurs gènes liés à la lutte contre le stress oxydatif étaient également nécessaires à la survie. Cela incluait des gènes liés à la gestion des ROS. L'étude a suggéré que lorsque les bactéries sont exposées aux antibiotiques, elles peuvent accumuler des ROS, entraînant des dommages et la mort cellulaire.

#Validation des résultats par des suppressions géniques

Pour confirmer le rôle de gènes spécifiques comme KatG et d'autres identifiés dans le criblage, les chercheurs ont créé des souches mutantes dépourvues de ces gènes. Ils ont testé ces mutants pour voir dans quelle mesure ils pouvaient survivre à l'exposition aux antibiotiques. Les mutants manquant KatG ont montré des défauts significatifs dans la formation des cellules persisters, renforçant l'idée que cette enzyme joue un rôle vital dans la survie.

#Investigation des ROS dans la mort induite par les antibiotiques

Puisque les études indiquaient que KatG aide à gérer les ROS, les chercheurs ont approfondi pour voir si ces molécules toxiques contribuaient à la mort cellulaire bactérienne. Ils ont utilisé des colorants spécifiques pour détecter les niveaux de ROS dans les cellules bactériennes. Les résultats ont montré que lorsque les bactéries étaient stressées par des antibiotiques, les niveaux de ROS augmentaient considérablement.

Pour aller plus loin, les chercheurs ont essayé de cultiver les bactéries dans des conditions d'hypoxie pour réduire la production de ROS. Ils ont constaté que dans ces conditions, les bactéries survivaient mieux, suggérant que l'accumulation de ROS contribue à la létalité de certains antibiotiques.

#Implications cliniques

Les résultats de cette recherche ont des implications importantes pour le traitement des infections causées par des mycobactéries. Étant donné les taux de rechute élevés associés au traitement de M. abscessus, l'étude souligne de nouvelles stratégies potentielles qui pourraient cibler les caractéristiques uniques des cellules persisters. Cette approche pourrait impliquer l'utilisation de médicaments qui ne tuent pas directement les bactéries mais se concentrent plutôt sur la réduction de la survie de ces persisters.

#Conclusion

En résumé, cette recherche éclaire les comportements complexes des infections mycobactériennes et leur réponse aux antibiotiques. Elle souligne l'importance de facteurs tels que la famine et le stress oxydatif dans l'influence de la survie bactérienne. En comprenant les mécanismes de formation des cellules persisters et les rôles de gènes spécifiques et des ROS, de nouvelles stratégies thérapeutiques peuvent être développées pour combattre efficacement ces infections difficiles.