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[86] Etudes du métabolisme ARN et des mécanismes de résistances aux antibiotiques chez Staphylococcus aureus
Acquisition et expression de facteurs de virulence chez Staphylococcus aureus (équipe Linder)
Dans la vie de tous les jours, nous sommes entourés d'une multitude de bactéries qui, pour la plupart, sont importantes pour notre bien-être. Les bactéries qui nous habitent sont dix fois plus nombreuses que nos propres cellules. Elles nous aident à nous défendre contre des pathogènes. Parmi ces pathogènes il y a les bactéries opportunistes qui sont présentes dans une grande partie de la population sans pour autant causer de maladies. Ce n'est qu'en cas d'affaiblissement de l'hôte ou si les bactéries se trouvent à un mauvais endroit, que ces pathogènes peuvent causer des maladies.
Dans notre laboratoire nous étudions la bactérie Staphylococcus aureus, communément appelée le Staphylocoque doré. Cette bactérie se présente en forme de coque. En se divisant, elle forme des amas ayant l'aspect de grappes («und die Massen sahen Weintraubenartig aus»; Alexander Ogston, 1880; extrait de Rev Infect Dis. 6:122-8, 1984). Sur boîtes de Petri, le Staphylocoque doré, comme son nom l'indique, forme des colonies jaunes avec un aspect doré. Chez l'humain, le Staphylocoque doré se trouve principalement dans les narines et sur la peau sans causer des pathologies. Ainsi, c'est un paradigme d'un pathogène opportuniste qui peut également causer des maladies graves.
Les infections causées par le Staphylocoque doré sont particulièrement redoutables à cause de la multitude de facteurs de virulence produits par cette bactérie et par son acquisition aisée de gènes de résistances aux antibiotiques. Un facteur important aggravant les infections de Staphylocoque doré est la possibilité de former des biofilms qui rendent les bactéries inaccessibles au système immun et constituent un réservoir de bactéries pendant un traitement aux antibiotiques. Depuis des années notre laboratoire s'est spécialisé dans l'analyse de la famille des protéines à boîte DEAD. Les protéines de cette famille possèdent une activité d'ATPase RNA-dépendante et une activité d'hélicase ATP-dépendante. Il a été démontré que les protéines à boîtes DEAD peuvent déplacer des protéines situées sur un ARN et défaire des courts fragments d'ARN doubles brins. Chez les bactéries certaines de ces protéines sont impliquées dans la biogenèse des ribosomes et/ou dans la réponse aux conditions de stress.
Un autre aspect de notre recherche porte sur des barrières au transfert horizontal entre différentes souches de Staphylocoque doré et entre le Staphylocoque doré et d'autres espèces. Dans un premier temps nous avons analysé le système de restriction de type I, constitué de protéines de spécificité, HsdS, de méthylases HsdM et d'une endonucléase HsdR. Nous avons montré que l'inactivation du gène HsdR dans des souches cliniques ouvre la possibilité de transformer ces souches avec des plasmides, et ainsi d'étudier ces souches plus aisément au niveau moléculaire. Néanmoins, ces souches restent difficile à transformer avec l'ADN de plasmide et nous analysons actuellement la présence d'autres barrières.
Antibiotic resistance mechanisms and environmental sensing systems, primarily in the major human pathogen Staphylococcus aureus (équipe Kelley)
Notre laboratoire étudie les mécanismes de résistance aux antibiotiques et les systèmes sensoriels de l’environnement externe, principalement chez le pathogène humain Staphylococcus aureus.
Notre recherche et nos intérêts portent sur :
- la compréhension des détails moléculaires de la résistance aux antibiotiques
- le développement de techniques visant à restaurer la sensibilité des souches MRSA aux beta-lactamines
- la compréhension de l’interaction des systèmes de signalisation détectant les dégâts de la paroi cellulaire
- l’analyse des voies impliquées dans la sécrétion et la maturation des PBPs
- l’analyse du rôle des radicaux d’oxygènes stimulés par les antibiotiques ciblant la paroi cellulaire
- la compréhension du senseur essentiel redox Spx et du répertoire des gènes sous son contrôle
- pourquoi le gène codant pour le toxic schock superantigène est si largement répandu, mais l’incidence de la maladie si faible en examinant la régulation transcriptionnelle du promoteur tst.
Les dernières étapes de la biosynthèse de la paroi des peptidoglycanes se déroulent hors de la membrane plasmique et sont réalisées par des enzymes nommées « penicillin binding proteins » (PBPs). Les beta-lactames et les antibiotiques de la classe des glycopeptides (par exemple : vancomycine, teicoplanine) ciblent ces enzymes ou leurs substrats, et empêchent la polymérisation des peptidoglycanes et les liaisons à l’intérieur des brins peptidiques (crosslinks), ce qui entraîne la mort cellulaire.
Le développement de la résistance aux antibiotiques tels que ceux de la classe des glycopeptides est étonnamment complexe et nécessite l’activation de multiples systèmes sensoriels transmembranaires qui agissent en aval de l’expression de gènes, couplé à des changements de la biosynthèse de la paroi et du métabolisme cellulaire, pour l’instant mal définis. La résistance à toutes les classes de pénicilline chez S. aureus, à l’exception de la dernière génération de céphalosporine (p.ex ceftaroline), se manifeste dans les souches de MRSA par l’acquisition horizontale de l’élément SCCmec qui code pour une autre PBP (PBP2A) ayant une faible affinité pour la pénicilline. Il s’agit là du changement génétique fondamental sous-jacent associé au problème de santé mondial concernant le microorganisme MRSA : la perte de sensibilité à presque toutes les pénicillines et la multi-résistance aux autres classes d’antibiotiques, qui ne laisse que peu d’options de traitement. Les antibiotiques de la classe des glycopeptides sont considérés comme la défense de première ligne contre le MRSA. Cependant une résistance ou une moindre sensibilité à ces médicaments, ainsi que le développement d’une résistance croisée à des alternatives thérapeutiques telles que la daptomycine a été également observée.
Notre travail cherche à comprendre comment la résistance apparaît, à développer des stratégies visant à restaurer la sensibilité aux antibiotiques, ainsi qu’à découvrir de nouvelles pistes pour de futurs développements thérapeutiques. Nos récentes publications ont mis à jour des stratégies pour i) bloquer l’émergence de la résistance aux glycopeptides ii) identifier les principales protéines de repliement extracellulaires qui facilitent la maturation des protéines de sécrétion (y compris les PBPs) iii) identifier de nouvelles voies de signalisation exploitant un senseur redox Spx et la résistance aux antibiotiques iv) découvrir de nouveaux gènes impliqués dans la résistance aux antibiotiques, et v) identifier de nouvelles mutations dans PBP2A dans certains clonotypes de souches cliniques archivées montrant une sensibilité diminuée à la ceftaroline, mais qui existent étonnamment depuis plus d’une dizaine d’années avant la commercialisation de ce médicament (2010). Ce tout nouveau mécanisme de résistance nous a poussé à entamer des recherches afin de découvrir quelles sélections génétiques pourraient exister, qui conduiraient à la formation de variantes de PBP2A, ceci des années avant l’introduction d’une céphalosporine de 5ème génération.
Outre les antibiotiques, nous nous intéressons de longue date à la compréhension de la régulation de la transcription de toxines telles que le toxic shock superantigène (TSST-1). Dans des conditions aérobiques et anaérobiques, nous avons identifié de façon systématique de multiples facteurs de trancription qui contrôlent l’expression de cette toxine. Nombre de ces facteurs que nous avons découvert exercent une régulation négative sur le promoteur tst, nous fournissant un modèle pour expliquer l’affection sporadique provenant de la mutation aléatoire de ces régulateurs.