Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques

Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques

Soit une bactérie de forme bacille avec son chromosome, un chromosome étant fait d’ADN, un morceau d’ADN est un gène, et un gène code pour une protéine. On retrouve, à un endroit du chromosome, le gêne qui code la transpeptidase dont le rôle est de lier les peptidoglycanes pour former la paroi. La pénicilline entre en compétition avec les peptidoglycanes sur un des sites actifs de la transpeptidase et empêche la synthèse de la paroi.

Or, un gène est une séquence ordonnée de nucléotides, et le hasard au cours du temps induit des mutations, des changements ponctuels dans la séquence des nucléotides de ce gène, ce qui donne de nouveaux allèles. Il peut arriver que le gène qui code la transpeptidase mute. Ainsi la protéine qui résulte de ce gène muté va changer sa conformation. On peut l’appeler transpeptidase « mutée », « mutée » entre guillemets car la mutation est un terme spécifique au gène.

NB : protéine « mutée » est maladroit d’un point de vue scientifique, c’est la conséquence d’un gène muté.

Néanmoins, si le hasard fait que ce gène mute, il peut y avoir une transpeptidase qui fonctionne encore avec les peptidoglycanes, avec une complémentarité entre celles-ci et le site actif de l’enzyme, mais empêchant la pénicilline de se poser. Si bien que la transpeptidase récupère ces deux peptidoglycanes, forment une liaison et devient résistante à la pénicilline.

On retrouve dans la nature une autre mutation possible. Certaines bactéries synthétisent via un gène, une partie de l’ADN, une enzyme appelée β-lactamase. Cette enzyme va avoir la pénicilline comme substrat et être capable de la détruire. Cette enzyme « mange » ou détruit la pénicilline qui ne peut plus agir.

 

Conclusion

Il y a donc plusieurs façons pour une bactérie, par le biais d’une mutation, d’être résistante aux antibiotiques : transpeptidase changeante ou bêtalactamase fonctionnelle.

Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques - Hypothèses possibles

On peut se demander si la résistance aux antibiotiques et ces mutations sont dues au hasard, type sélection naturelle et théorie darwinienne ou si elles sont induites par l’antibiotique.

 

I. Hypothèse 1 : hypothèse lamarckienne

 

L’hypothèse lamarckienne est que la résistance est induite directement par l’antibiotique. Pour tester cette hypothèse, on fait trois cultures de bactéries (1, 2 et 3). Les trois cultures contiennent des bactéries non résistantes. A la génération suivante, tant qu’on ne rajoute pas de bactéries, elles devraient être, selon cette hypothèse, toutes sensibles aux antibiotiques. Si à la génération d’après, on ajoute un antibiotique (pénicilline, amoxicilline), on devrait avoir induction d’une résistance par la présence d’antibiotiques. On devrait trouver dans les trois colonies le même nombre d’individus résistants. Cela est ce qui doit se passer si l’antibiotique induit bel et bien la résistance.

 

II. Hypothèse II : hypothèse darwinienne

 

L’hypothèse darwinienne est que la mutation génétique est due au hasard. C’est la sélection naturelle : l’usage immodéré d’antibiotiques aurait comme conséquence la retenue des individus les plus aptes à résister, ceux qui auront acquis la mutation. De même que pour vérifier l’hypothèse précédente, on part avec trois cultures de bactéries non résistantes. A la première génération, dans la colonie 1, on devrait alors voir qu’une bactérie a un gène muté, et donc à la génération suivante, les descendants de cette bactérie auront le gène muté. L’autre, par le hasard, n’aurait pas de mutation génétique, ses descendants non plus. Dans la colonie 2, on pourrait imaginer que les deux descendants auront la mutation. Toute la colonie serait donc porteuse du gène muté. Dans la colonie 3, on pourrait imaginer qu’à la génération 1, aucun gène ne mute. A la génération suivante, de même. Cela est ce qui doit se passer si la mutation est le fruit du hasard.

 

III. Résultats

 

Il suffit alors de tester ces deux hypothèses. Les résultats obtenus sont :

– Dans la colonie 1, on a obtenu une vingtaine de colonies résistantes.

– Dans la colonie 2, on a obtenu une soixantaine de colonies résistantes.

– Dans la colonie 3, on a obtenu quatre colonies résistantes.

C’est donc l’hypothèse darwinienne qui est vérifiée : les mutations génétiques sont dues au hasard et l’utilisation immodérée d’antibiotiques sélectionnent les individus résistants.

C’est un réel problème de santé publique : on utilise trop d’antibiotiques en France. Donc on a de plus en plus de mal à trouver des antibiotiques pour éradiquer les bactéries résistantes.

L’une des solutions alternatives pourrait être la phagothérapie, c’est-à-dire l’utilisation de virus qui détruisent les bactéries, des virus bactériophages. C’est une solution utilisée notamment en Géorgie. C’est un moyen de contourner la résistance des bactéries. 

Mode d'action d'un antibiotique

Une bactérie a une forme de bâtonnet. Elle appartient à la famille des bacilles. Cette bactérie est un organisme unicellulaire procaryote. Les procaryotes possèdent une membrane cytoplasmique et un cytoplasme mais il y a une absence de noyau : le chromosome n’est pas limité par une enveloppe nucléaire. Le chromosome est circulaire.

L’être humain possèdent dans son corps dix fois plus de bactéries que de cellules et la plupart des bactéries ne sont pas nocives pour l’Homme. Au contraire, elles l’aident (ce sont des commensaux) dans la digestion par exemple ou en agroalimentaire, pour faire du yaourt ou traiter les eaux usées. Les bactéries sont des micro-organismes et seules quelques-unes sont responsables des maladies infectieuses comme la tuberculose ou le choléra mais beaucoup sont bénéfiques ou inoffensives pour l’Homme.

Contre les bactéries nocives, on utilise des traitements spécifiques : les antibiotiques. Ils ont été découverts par Flemming et le premier antibiotique utilisé en 1928 a été la pénicilline. C’est une substance fabriquée par les champignons de type penicillium.

Une bactérie possède une membrane, un chromosome, et est protégée par une paroi faite d’un assemblage de petites sphères (en vert sur le schéma) qui sont des peptidoglycanes. Ces peptidoglycanes vont être assemblée par une enzyme (en rose sur le schéma) qui est une protéine codée par un gène (un gène étant un lieu sur le chromosome). Le gène est transcrit en ARN messager puis traduit en protéine et c’est celle-ci qui va construire la paroi. On appelle transpeptidase l’enzyme qui va permettre le lien entre deux peptidoglycanes.

Le rôle de la pénicilline est de prendre la place des peptidoglycanes. Dans ce cas là, la transpeptidase est dans l’impossibilité de faire le lien entre deux peptidoglycanes. Il en résulte que la bactérie ne peut plus fabriquer de paroi. Or, cette paroi permet le soutien de la bactérie. Le cytoplasme exerce une pression sur la membrane cytoplasmique compensée par la paroi. S’il n’y a plus de parois, la bactérie finit par éclater : elle meurt et ne peut plus se multiplier. Le but d’un antibiotique est donc de tuer les bactéries.

 

Conclusion

La pénicilline empêche l’enzyme bactérienne transpeptidase de fabriquer les liaisons entre les peptidoglycanes (et donc de former la paroi) en conséquence de quoi la bactérie éclate, meurt et l’infection prend fin.