Franchir les frontières : comment les gènes bactériens deviennent mobiles

                              

De la microbiologie pour ceux qui ont les crocs


Franchir les frontières : comment les gènes bactériens deviennent mobiles

Les bactéries portent différents manuels de construction dans leur ADN pour construire des enzymes ou d’autres protéines qui permettent le déplacement de l’ADN au sein de leur propre génome ou entre différentes bactéries [1]. Ces manuels de construction sont également appelés éléments génétiques mobiles (MGE pour mobile genetic elements en anglais) et comprennent par exemple les plasmides, les bactériophages et les transposons. Alors que les plasmides sont organisés en entités stables et auto-réplicatives ou “réplicons” au sein de la bactérie, les bactériophages peuvent injecter leur génome et l’intégrer dans la cellule et le chromosome bactériens. D’autre part, les transposons peuvent “sauter” aléatoirement dans l’ADN du phage ou du plasmide, ce qui peut modifier les propriétés de la cellule hôte [1]. Tous ces mécanismes permettent à certains gènes de se déplacer d’une cellule bactérienne à l’autre et, à plus grande échelle, de voyager d’un habitat tel que le corps humain à un autre, par exemple les animaux ou l’environnement.

Des recherches ont suggéré la présence de gènes de résistance aux antibiotiques (ARG pour antibiotic resistant genes en anglais) au sein des MGE. Le carbapénème est une classe d’antibiotiques ayant un large spectre d’activité antimicrobienne contre les bactéries à Gram positif et à Gram négatif. L’un des mécanismes par lesquels ces bactéries acquièrent une résistance au carbapénème est l’expression de carbapénémases. Les carbapénémases appartiennent au groupe des hydrolases qui hydrolysent et donc inactivent les antibiotiques de la classe des carbapénèmes. Les gènes codant pour les carbapénémases, tels que blaOXA-48, se trouvent dans les plasmides de Klebsiella pneumoniae où ils sont responsables de l’expression des carbapénémases [2]. Les entérobactéries résistantes aux carbapénèmes sont un groupe de bactéries comprenant Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, ou Pseudomonas aeruginosa, qui sont couramment à l’origine de maladies infectieuses dans les établissements de santé, par exemple les hôpitaux, mais pour lesquelles le traitement par les antibiotiques carbapénèmes échoue [3]. Bien que ce groupe de bactéries ait été largement étudié chez l’homme, l’épidémiologie et la transmission de ces bactéries dans l’environnement ou chez les animaux sont peu connues.

L’homme est constamment en contact avec des bactéries dans son environnement, par exemple en touchant des surfaces, des plantes, des animaux, ou en mangeant et en buvant. Ce sont autant de voies de déplacement pour les bactéries et leurs gènes de résistance aux antibiotiques qui traversent les frontières humaines et leur permettent de se propager non seulement au niveau local mais aussi au niveau mondial. C’est pourquoi les chercheurs et les organismes de santé se concentrent aujourd’hui sur une approche dite “One Health” pour lutter contre la propagation de la résistance aux antimicrobiens, qui met l’accent sur une action collaborative entre les secteurs humain, environnemental et animal [4] (figure 1).

Figure 1 : L’approche One Health relie les secteurs de la santé humaine (rouge), de la santé animale (bleu) et de la santé environnementale (vert). Les bactéries sont présentes dans tous ces secteurs et sont des porteurs et des destinataires potentiels d’éléments génétiques mobiles (EMM) qui portent des gènes de résistance aux antibiotiques (ARG). Image créée avec Biorender.com.

Ramsamy et ses collègues ont étudié et comparé les MGE des Enterobacterales résistants aux carbapénèmes chez les humains, l’environnement et les animaux dans la même zone géographique en Afrique du Sud en utilisant une approche “One Health” [5]. Les chercheurs ont pu isoler dix-neuf entérobactéries productrices de carbapénémase dans trois hôpitaux du secteur public et dans des plans d’eau provenant d’une station de traitement des eaux usées. Ils ont constaté une forte prévalence de K. penumoniae (47 %) et d’Enterobacter hormaechei (32 %). Cependant, ils n’ont trouvé aucun isolat provenant de porcs dans une usine de transformation des aliments avec abattoir.

Par la suite, ils ont caractérisé les isolats comme étant multirésistants aux antibiotiques tels que la ceftazidime, la cefuroxime et l’ertapenem. En outre, seize des dix-neuf isolats qui étaient résistants à au moins un carbapénème contenaient également des gènes codant pour la carbapénémase, la prévalence la plus élevée étant celle du blaOXA-181 et du blaNDM-1. Ces deux gènes étaient courants dans les isolats humains et environnementaux.

Au total, le groupe de recherche a identifié quarante-deux plasmides à partir des dix-neuf isolats. Dans ces plasmides, ils ont trouvé des ARG ainsi que des éléments transposables et/ou des séquences d’insertion. Par exemple, un examen plus approfondi de l’environnement génétique entourant le gène codant pour la carbapénémase blaOXA-181 a révélé la présence du gène ereA. Ce dernier code pour l’érythromycine estérase, qui confère une résistance élevée à l’antibiotique érythromycine. De plus, des séquences d’insertion comme IS3000 et des transposons comme Tn3 ont également été trouvés dans les plasmides qui hébergent blaOXA-181. On peut donc imaginer les MGE comme un véhicule qui embarque plusieurs gènes de résistance aux antibiotiques et se déplace entre les cellules bactériennes vers de nouveaux secteurs.

Toutefois, les chercheurs ont également souligné les limites de cette étude en termes de généralisation en raison du petit nombre d’isolats obtenus. Pour confirmer les connaissances acquises sur la propagation de la résistance aux antimicrobiens dans un contexte “One Health”, ils suggèrent de poursuivre les recherches avec des échantillons de plus grande taille et dans différents lieux géographiques.

Actuellement, des gènes de résistance aux antibiotiques ont été découverts sur des MGE dans des sols de l’extrême arctique [6], ainsi que dans l’eau potable en Inde [7]. Cela indique la propagation à grande échelle de la résistance aux antibiotiques dans différents secteurs du monde et suggère que les MGE en sont le moteur. Cependant, les MGE peuvent être porteurs non seulement de gènes de résistance aux antibiotiques, mais aussi de gènes de virulence ou d’autres gènes de résistance, ce qui implique d’autres conséquences sur la santé humaine pour les maladies infectieuses bactériennes existantes [3].


Article original : Ramsamy, Y., et al. (2021). “Mobile genetic elements-mediated Enterobacterales-associated carbapenemase antibiotic resistance genes propagation between the environment and humans: A One Health South African study.” Sci Total Environ 806(Pt 3): 150641.

Image: Photo by Norbert Dudas on Unsplash

References:

  1. Frost, L. S., et al. (2005). “Mobile genetic elements: the agents of open source evolution.” Nat Rev Microbiol 3(9): 722-732.
  2. Yang, X., et al. (2021). “Carbapenem Resistance-Encoding and Virulence-Encoding Conjugative Plasmids in Klebsiella pneumoniae.” Trends Microbiol 29(1): 65-83.
  3. CDC – Carbapenem-resistant Enterobacterales (CRE) – https://www.cdc.gov/hai/organisms/cre/index.html November 9, 2021
  4. WHO – WHO,FAO, and OIE unite in the fight against Antimicrobial Resistance – https://www.who.int/foodsafety/areas_work/antimicrobial-resistance/amr_tripartite_flyer.pdf November 9, 2021
  5. Ramsamy, Y., et al. (2021). “Mobile genetic elements-mediated Enterobacterales-associated carbapenemase antibiotic resistance genes propagation between the environment and humans: A One Health South African study.” Sci Total Environ 806(Pt 3): 150641.
  6. McCann, C. M., et al. (2019). “Understanding drivers of antibiotic resistance genes in High Arctic soil ecosystems.” Environ Int 125: 497-504.
  7. Walsh, T. R., et al. (2011). “Dissemination of NDM-1 positive bacteria in the New Delhi environment and its implications for human health: an environmental point prevalence study.” Lancet Infect Dis 11(5): 355-362.



Traduit par Anaïs Biclot