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Biologie | Environnement
Amélie Garrido, 2001 | Versoix, GE
Une série d’expériences a confirmé la forte corrélation existant entre la présence de zinc dans le milieu de croissance de la bactérie Pseudomonas aeruginosa, et le développement de la résistance à l’imipénème, un antibiotique de dernier recours en médecine humaine. La bactérie devient imperméable par répression d’un gène codant pour une porine, nommée OprD, qui constitue d’ordinaire un moyen d’échange entre la cellule et son environnement. Les effets du mécanisme de co-régulation, dit système à deux composantes CzcRS, responsable de la détection du zinc, de la répression du gène, et de l’évacuation du métal par induction d’une pompe à efflux, ont aussi été étudiés.
Problématique
Le but de ce travail était de corroborer l’existence du lien entre l’apparition d’une antibiorésistance à l’imipénème et la présence de zinc dans l’environnement de P. aeruginosa. Plusieurs questions sous-jacentes en découlent: à partir de quelle concentration de zinc les bactéries deviennent-elles résistantes? Quelles différences observe-t-on entre le type sauvage et des mutants? Quels effets précis le système à deux composantes, permettant la détection du zinc et responsable de la réaction de la cellule, a-t-il?
Méthodologie
Trois souches de P. aeruginosa ont été étudiées: le type sauvage (WT), et les deux mutants oprD (chez qui la porine OprD est inexistante) et czcRS (sans système à deux composantes). Un delta grec (affichage ici impossible) indique conventionnellement les mutants. À l’effet de mener à bien les expériences, diverses méthodes ont été employées. En premier lieu, la concentration de zinc maximale tolérable (CMT) est déterminée pour chaque souche. Viennent ensuite l’antibiogramme et l’E-test, afin d’indiquer la résistance ou la sensibilité des souches, ainsi que la quantité d’antibiotique nécessaire à l’inhibition de leur croissance. Après avoir libéré les protéines contenues dans les cellules, la méthode du Western Blot est utilisée pour séparer les protéines selon leur taille; ainsi que l’immuno-chimio-luminescence, pour mettre en évidence la porine OprD et une protéine du système à deux composantes.
Résultats
D’après les tests de CMT, le WT et les mutants oprD et czcRS sont capables de résister à des concentrations allant respectivement jusqu’à 8, 10 et 6 mM de zinc. Les résultats des antibiogrammes indiquent que P. aeruginosa est naturellement sensible à l’imipénème. 0,5 mM de zinc suffisent pour que la bactérie de type sauvage devienne résistante, alors que czcRS demeure sensible et oprD, résistante. Le Western Blot et l’usage d’immuno-chimio-luminescence ont révélé que la bactérie, en présence de zinc, n’exprime pas du tout oprD, et que czcR (codant pour la seconde protéine d’intérêt) est alors surexprimé. Les observations faites sur les mutants pour les mêmes conditions étayent encore cela.
Discussion
Les résultats indiquent que c’est bien le système à deux composantes qui déclenche la réaction bactérienne: si du zinc est présent, la cellule ferme ses porines par répression du gène codant pour la protéine d’intérêt OprD, et la protéine responsable de cette répression est CzcR. Si certains résultats isolés ont pu sembler incohérents, ils sont rares et leur cause est très probablement une manipulation erronée. La révélation des enzymes indiquant la présence de protéines a mis en évidence un résultat très intéressant: chez czcRS, sans système à deux composantes et donc incapable de détecter le zinc et de réagir, on observe une légère baisse de production d’OprD en présence de zinc. Cela indique l’existence d’un second mécanisme régulateur nécessaire à la répression complète d’oprD, aujourd’hui à l’étude. Il faut préciser que le temps a été un facteur limitant: il s’agit ici d’un stage de trois jours effectué dans le cadre d’un travail de maturité, et le nombre d’échantillons était donc très limité.
Conclusions
Ce travail a permis de confirmer que la simple présence de zinc dans l’environnement de la bactérie P. aeruginosa suffit à induire une antibiorésistance à l’imipénème chez celle-ci, et que la détection du métal, ainsi que la répression d’oprD menant à l’imperméabilité, sont du fait du système à deux composantes. Il serait passionnant de pouvoir étudier tout ce qui a été décrit auparavant de façon plus détaillée, avec d’autres bactéries, d’autres antibiotiques, d’autres métaux; ou encore de s’intéresser au second mécanisme de répression d’OprD, dont l’influence a été observée au cours de l’expérience Western Blot; ainsi que se pencher plus concrètement sur les applications dans une multitude de domaines, tels que l’agriculture, le milieu hospitalier, l’élevage, l’écologie, etc.
Appréciation de l’experte
Claudine Fournier
Dans son travail, Amélie Garrido traite du lien entre la résistance aux antibiotiques et aux métaux lourds, plus précisément de l’imipénème et du zinc chez une bactérie de relevance clinique et environnementale, Pseudomonas aeruginosa. Amélie a su s’approprier les techniques moléculaires de laboratoire afin de répondre à ses interrogations. Sa persévérance et sa détermination lui ont permis de comprendre le mécanisme d’adaptation de P. aeruginosa à son environnement et de rendre un travail d’une rigueur scientifique.
Mention:
très bien
Collège Sismondi, Genève
Enseignant: Stefan Ettlin