Mécanismes responsables de la dissémination des plasmides porteurs de résistances multiples aux antibiotiques – plasMED

La résistance multiple aux antibiotiques (RMA) des pathogenes bactériens, représente une menace de plus en plus grave pour la santé publique. En septembre 2016, les leaders mondiaux ont notifié un niveau d'attention sans précédent pour freiner l'émergence et la propagation des RMA et se sont engagés à adopter une approche globale et coordonnée pour s'attaquer aux causes profondes des RMA. Ce problème complexe nécessite des actions dans tous les secteurs gouvernementaux et dans la société, telles que la recherche de nouvelles molécules antimicrobiennes, le développement de technologies pour les vaccins ou le diagnostic, l’incitation à de meilleures pratiques en matière d'utilisation des antibiotiques chez l'homme et les animaux, ainsi que la recherche visant à comprendre les mécanismes par lesquels les RMA se propagent dans les populations bactériennes. Cette dernière approche est au cœur du présent projet collaboratif de recherche fondamentale.
La RMA résulte souvent de l'acquisition de gènes de résistance, principalement par conjugaison, qui est le mécanisme majeur du transfert horizontal de gènes (HGT) entre souches bactériennes à la fois intra- et inter-espèces. Lors de la conjugaison, les molécules d'ADN (généralement des plasmides) sont transférées d'une cellule donneuse vers une cellule receveuse. Si l'ADN acquis est maintenu, la cellule receveuse obtient de nouveaux caractères génétiques et est par conséquent définitivement convertie en une nouvelle donneuse, qui contribue à son tour à la propagation exponentielle des RMA. Jusqu'à présent, le processus de conjugaison a surtout été caractérisé par des techniques classiques de génétique ou de biochimie, et les stratégies de maintenance n'ont pas suscité l’attention qu’elles méritent. De plus, le développement de plasmides mutants présentant des taux de transfert accrus, appelés "super-propagateurs", a été négligé dans le phénomène d'émergence des bactéries multi-résistantes.

Ici, nous proposons une étude approfondie innovante et ambitieuse de la conjugaison bactérienne aux échelles moléculaires et cellulaires. Nous développerons des approches modernes pour analyser trois différents plasmides conjugatifs afin de mieux comprendre le processus: pESBL, associé à une épidémie grave de Escherichia coli multi-résistante; R388, qui contribue de manière significative à la propagation des RMA avec un très large spectre d'hôtes; et le facteur sexuel F de E. coli, paradigme des plasmides conjugatifs. La stratégie expérimentale proposée repose sur la forte complémentarité des expertises de chaque partenaire du consortium: Yoshiharu YAMAICHI (CR-CNRS) à l'I2BC, CNRS Gif-sur-Yvette, Christian LESTERLIN (CR-INSERM) au MMSB, CNRS / Univ . Lyon, et Jean-Yves BOUET (DR2-CNRS) au LMGM, CNRS / Univ. Toulouse.

Nous avons défini deux axes majeurs:
[1] la dissection des mécanismes moléculaires impliqués dans la dissémination des plasmides conjugatifs.
[2] l’étude de la dynamique spatio-temporelle des plasmides conjugatifs à l'échelle cellulaire.

Nos résultats préliminaires clés comprennent un système novateur de microfluidique permettant de suivre les événements de transfert d'ADN et le devenir des cellules donneuses et receveuses. En plus de fournir un concept original à ce programme, l'isolement de mutations conduisant à la génération de plasmides super-propagateurs représente un outil totalement nouveau pour l'étude de la conjugaison.

En combinant des données préliminaires prometteuses avec des approches modernes, multidisciplinaires et complémentaires, comprenant la génétique moléculaire des bactéries, la biochimie des protéines et la biologie cellulaire de pointe, le projet plasMED devrait fournir une compréhension intégrée du transfert de gènes chez les bactéries au niveau moléculaire et cellulaire. Ce travail de recherche fondamentale est indispensable parmi d'autres actions visant à freiner l'émergence de bactéries multi-résistantes dans des environnements naturels et cliniques.