Spectaculaire résistance aux antibiotiques …

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La bactérie Escherichia coli aussi appelée colibacille mesure environ 2 microns de long et est munie de flagelles pour se déplacer. Elle se divise toutes les 20 minutes et c’est peut-être l’animal de laboratoire le plus étudié et également le plus utilisé dans l’industrie. Elle est cultivée sur des milieux nutritifs semi-solides dans des boites circulaires communément appelées boites de Petri. Ce n’est pas très spectaculaire et les cultures dégagent une odeur fade un peu écoeurante. Pourtant des biologistes de l’Université de Haïfa en Israël ont réalisé une expérience spectaculaire pour mettre en évidence le comportement de cette bactérie quand elle est soumise à des concentrations croissantes d’antibiotiques.

Plutôt que d’utiliser des boites de Petri classiques l’équipe de biologiste dirigée par le Docteur Roy Kishony a construit une immense boite de culture de 120 centimètres de long et de 60 centimètres de large constituée d’une couche de gélose opacifiée avec de l’encre sur laquelle a été étalée la couche de milieu semi-solide comprenant 9 zones dans lesquelles ont été incorporées des quantités croissantes d’antibiotique de zéro à 3000 unités de concentration minimale inhibitrice (MIC). Le processus de croissance des bactéries a été filmé à raison d’un cliché toutes les 10 minutes pendant une douzaine de jours soit environ 16000 générations, un temps d’évolution qui représenterait pour l’homme près de 500000 ans !

Chaque fois que les bactéries ont rencontré un concentration croissante d’antibiotique dans le milieu de culture leur croissance s’est arrêtée puis une bactérie a muté et a poursuivi sa croissance après avoir construit une résistance à l’antibiotique.

De proche en proche l’accumulation de mutations a permis aux bactéries d’envahir la totalité de cette immense boite de culture en s’adaptant au milieu de plus en plus hostile. Cette expérience spectaculaire montrait l’adaptation au trimethoprim avec une souche de coli sensible à cet antibiotique. Voici le lien d’un film réalisé durant près de 12 jours et accéléré 18000 fois : http://science.sciencemag.org/content/sci/suppl/2016/09/07/353.6304.1147.DC1/aag0822s1.mov

Plus intéressant encore, après avoir repéré sur les clichés les endroits où à partir d’une seule bactérie émergeait une nouvelle croissance, il a pu être possible de visualiser en quelque sorte l’arbre phylogénétique conduisant les bactéries à être de plus en plus résistantes à l’antibiotique comme le montre l’illustration ci-après dans laquelle la couleur des points représente le rapport entre le nombre de bactéries mutantes et le nombre de bactéries « sauvages » (wild type, WT), MIC étant la concentration inhibitrice minimale.

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Les biologistes ne se sont pas arrêté là malgré l’aspect spectaculaire de ces travaux. Ils ont analysé les mutations induites par la présence de l’antibiotique. Deux gènes ont subi des mutations, des SNPs, et ces gènes codent pour l’ADN-polymérase, l’enzyme qui sert à copier l’ADN lorsque la bactérie se divise, et un autre enzyme clé du métabolisme appelé dihydrofolate réductase et impliqué en particulier dans la synthèse des constituants de l’ADN.

Juste pour l’anecdote, les bactéries ont parcouru durant cette expérience à l’échelle humaine plus de 80000 kilomètres tout en étant soumises à un environnement de plus en plus hostile et en s’adaptant remarquablement à ce dernier.

Source et illustrations : Science doi : 10.1126/science.aag0822 article aimablement communiqué par le Docteur Kishony vivement remercié ici.

Des bactéries qui produisent de l’essence, c’est presque fait !

On connait tous la bactérie Escherichia coli dont certaines souches peuvent être particulièrement pathogènes et entraîner des colites et des diarrhées douloureuses, d’où le nom de cette bactérie. Mais c’est aussi un animal de laboratoire utilisé dans le monde entier pour toutes sortes d’expériences qui sont devenues, avec le génie génétique, triviales au point d’utiliser cette bactérie pour produire des médicaments, des hormones, des vaccins, bref presque tout ce dont on pouvait encore rêver il y a seulement trente ans. Dans un autre registre cette bactérie est soumise à de lourdes manipulations génétiques pour produire de l’octane. Encore une fois, je ne m’attarderai pas sur le mot octane, tout le monde sait que c’est un constituant peu détonant de l’essence, on parle alors d’indice d’octane de l’essence. Les pétroliers cassent les hydrocarbures à longues chaines du pétrole pour enrichir les distillats en octane. Notre chère petite bactérie, enfant chéri des biologistes du monde entier, a aussi besoin d’acides gras à longues chaines carbonées pour former des membranes, des inclusions intracellulaires et bien d’autres métabolites car les acides gras ne sont pas l’apanage du jambon fumé mais un constituant essentiel de tout organisme vivant, y compris les bactéries aussi simple que E. coli. En augmentant l’expression de certaines voies métaboliques des acides gras et en en restreignant d’autres par diverses manipulations génétiques, une équipe de l’Université d’Harvard a pratiquement obtenu des bactéries qui produisent de l’octane à peu de frais, à condition naturellement qu’on leur donne quelque chose à manger, ce qui ne conduit pas encore à un bilan très positif mais l’opération est prometteuse et transposable à n’importe quel autre micro-organisme dont des algues qui puisent leur source de carbone directement dans l’atmosphère comme les plantes et leur énergie à partir du soleil. Le colibacille (E.coli) est donc une excellente plateforme pour développer une technologie performante de production d’hydrocarbures. En effet l’alcool produite par des levures à partir de sucre de canne, de betterave ou de maïs est un mauvais carburant et il faut dépenser presque autant d’énergie pour produire un gallon d’alcool que ce dernier en représente, une opération qui plait aux écologistes qui ne savent pas faire de règle de trois … Pour les bactéries et les algues modifiées génétiquement dans le but ultime de produire de l’octane qui leur est totalement inutile, l’approche est plus logique et économiquement (à terme) plus rentable.

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Source et crédit photo : Wyss Institute, Harvard University