Les scientifiques affaiblissent les Superbugs en interférant avec leur métabolisme

En interférant avec leur métabolisme cellulaire, les scientifiques américains ont trouvé un moyen d'affaiblir les bactéries résistantes aux antibiotiques, en l'occurrence E. coli, de sorte qu'ils sont à nouveau sensibles aux antibiotiques existants.
Les chercheurs de l’Institut Wyss de l’Université Harvard et de l’Université de Boston décrivent comment ils ont remporté cette bataille particulière dans la guerre contre les superbactéries, avec des armes telles que la modélisation informatique sophistiquée et la biotechnologie, dans un article publié en ligne dans Nature Biotechnologie en janvier.
L'auteur principal, Jim Collins, pionnier de la biologie synthétique et leader du centre de bio-dynamique à l'université de Boston, a déclaré dans un communiqué publié lundi:
"Nous avons absolument besoin de nouvelles stratégies pour renforcer notre arsenal d'antibiotiques."
Il évoque la crise des antibiotiques qui a été mise en lumière par la conscience renouvelée que nous sommes à court de médicaments pour traiter les superbactéries en évolution.
"Avec quelques rares nouveaux antibiotiques en préparation, nous trouvons de nouveaux moyens d'exploiter et d'exploiter certains aspects de la physiologie bactérienne", déclare Collins, également professeur distingué de William F. Warren à Boston.

Production ROS

Collins et ses collègues ont ciblé un domaine peu connu mais important du métabolisme bactérien connu sous le nom "d'espèces réactives de l'oxygène" ou production de ROS.
Les ROS sont des sous-produits normaux du métabolisme, l'ensemble des réactions chimiques qui maintiennent les cellules en vie, leur permet de se développer, de se reproduire, de se maintenir et de répondre à leur environnement.
Les ROS comprennent des molécules comme le superoxyde et le peroxyde d'hydrogène, avec lesquelles les bactéries peuvent normalement faire face. Mais au-delà de certains niveaux, les molécules ROS peuvent gravement endommager et même tuer les bactéries.
Dans des travaux antérieurs, Collins et son équipe avaient déjà établi Comment l'antibiotique élimine-t-il les bactéries: elles augmentent la production de ROS dans la cellule bactérienne, rendant ainsi le virus lui-même toxique.

Modèles informatiques de E. Coli Métabolisme

Mais, on ne savait pas exactement comment E. colli produit ROS. Donc, Collins et son équipe ont décidé d'étudier en utilisant une modélisation informatique sophistiquée.
Ils possédaient déjà un modèle informatique qui permettait de comprendre la compréhension actuelle de E. coli métabolisme, simulant certaines des réactions chimiques de base impliquées.

Ils ont donc commencé à ajouter à ce modèle de "niveau système", des centaines d'autres réactions connues pour augmenter la production de ROS.
Avec une précision minutieuse, ils ont supprimé divers gènes, pour voir lesquels ont participé à la production de ROS, et ont réalisé des milliers de simulations informatiques avant d'identifier éventuellement des cibles suspectées.
Ils ont validé le modèle dans le laboratoire et ont trouvé le laboratoire les expériences ont confirmé 80% à 90% de ce qu'ils avaient prédit dans les simulations informatiques.

L'augmentation de la production de ROS dans la cellule bactérienne l'a rendu plus sensible à l'attaque des antibiotiques

La prochaine étape du défi consistait à tester les résultats du in silico expérimenter dans de vraies cellules bactériennes vivantes. L’augmentation de la production de ROS dans le E. coli cellules, le rendre plus susceptible à la mort par oxydation, qui est antibiotique, attaque?
Ils l'ont trouvé.
Les chercheurs ont supprimé une série de gènes de manière à augmenter la production de ROS dans les cellules, ils ont ajouté divers antibiotiques et autres biocides ou insectifuges comme l’eau de javel (ce qui augmente également la production de ROS), et ils ont trouvé la E. coli les cellules sont mortes beaucoup plus rapidement que les cellules qui ont conservé les gènes supprimés.

"Ce travail établit une méthode basée sur les systèmes pour ajuster la production de ROS dans les bactéries et démontre qu'une production accrue de ROS microbienne peut potentialiser la destruction par les oxydants et les antibiotiques", écrivent-ils.
En d'autres termes, en perturbant le métabolisme de E. coli les cellules, les scientifiques avaient facilité la destruction des antibiotiques et des biocides.

Implications et prochaine étape

Don Ingber, directeur fondateur du Wyss Institute, déclare:
"Il n'y a pas de solution miracle à la crise sanitaire mondiale que nous connaissons en termes de bactéries résistantes aux antibiotiques."
Mais, dit-il, il y a "un immense espoir" dans les types de méthodes de biologie des systèmes que Collins et son équipe ont mis au point.
L'équipe envisage maintenant d'utiliser des technologies de criblage moléculaire pour trouver des molécules spécifiques qui stimulent la production de ROS.
Ils croient que leur approche aidera également à gagner des batailles contre d'autres bactéries, telles que les mycobactéries responsables de la tuberculose, une maladie pulmonaire potentiellement mortelle.
Les fonds de l'Institut Wyss pour l'Ingénierie Biologiquement Inspirée de l'Université Harvard, du Programme de Prix Pionnier du Directeur des Instituts Nationaux de la Santé et de l'Institut Médical Howard Hughes, aident à financer la recherche de l'équipe.
Écrit par Catharine Paddock PhD