Une nouvelle étude s’est concentrée sur un sous-ensemble spécifique d’E. coli connu sous le nom de K1, qui peut causer des maladies graves, notamment des infections sanguines, des infections rénales et des méningites chez les nouveau-nés. Ils ont découvert que l’existence de la capsule virulente K1 est antérieure d’environ 500 ans aux estimations précédentes, ce qui souligne son rôle dans la survie et la pathogénicité d’E. coli.
Des chercheurs ont découvert qu’un sous-ensemble virulent spécifique d’E. coli, K1, existe depuis environ 500 ans, selon des estimations antérieures, et que 25 % des souches actuelles d’E. coli responsables d’infections sanguines peuvent développer cette capsule. En utilisant des enzymes bactériophages, ils ont réussi à éliminer la capsule protectrice de la bactérie, ce qui pourrait ouvrir la voie à des traitements non antibiotiques de l’E. coli.
Ces nouveaux travaux se sont concentrés sur un sous-ensemble particulier d’E. coli doté d’une capsule spécifique – la barrière extracellulaire qui entoure une bactérie – que les scientifiques ont appelé K1.[1] Les E. coli dotés de ce type de capsule sont connus pour être à l’origine de maladies invasives telles que les infections sanguines ou rénales et la méningite chez les nouveau-nés. En effet, cette enveloppe particulière leur permet d’imiter des molécules déjà présentes dans les tissus humains et de pénétrer dans l’organisme sans se faire remarquer.
Les chercheurs présentent des preuves que le ciblage de la capsule peut être utilisé comme base de traitement, ouvrant ainsi la voie à la prévention des infections graves à E. coli.
E. coli est une cause fréquente d’infections urinaires et sanguines et peut provoquer une méningite chez les prématurés et les nouveau-nés à terme, avec un taux de mortalité pouvant atteindre 40 %.[2] En outre, l’augmentation du nombre d’E. coli hypervirulents et multirésistants au cours de la dernière décennie signifie qu’il est désormais urgent de développer des stratégies efficaces pour prévenir et traiter les E. coli. La compréhension de l’anatomie de la bactérie et de son rôle dans l’apparition de la maladie est essentielle pour la prévention des infections graves. Jusqu’à présent, les scientifiques manquaient de connaissances de base sur la prévalence, l’évolution et les propriétés fonctionnelles de la capsule K1, ce qui limitait leur capacité à combattre les infections à E. coli.
Représentation artistique d’une cellule bactérienne E. coli. Crédit : Centers for Disease Control and Prevention/James Archer
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute, de l’université d’Oslo, de l’Imperial College London et de l’UCL ont maintenant cartographié l’évolution de cette souche d’E. coli, sa prévalence et sa distribution. En utilisant la génomique des populations à haute résolution, le séquençage du génome entier,[3] et d’outils informatiques avancés, ils ont analysé 5 065 échantillons cliniques provenant de différents pays et de différentes périodes. Les données comprenaient de grandes collections d’échantillons provenant du Royaume-Uni et de la Norvège, des échantillons adultes et néonatals nouvellement générés provenant de six pays, tels que le Brésil, le Mexique et le Laos, entre autres, et des échantillons datant de l’ère pré-antibiotique (à partir de 1932).[4]
Ils ont découvert que cette capsule spécifiquement virulente – K1 – remonte en fait plus loin dans le temps, environ 500 ans plus tôt qu’on ne l’imaginait. Cela souligne l’importance de la capsule pour la survie de la bactérie et le rôle de la barrière extracellulaire dans le succès d’E. coli en tant que principale cause d’infections extra-intestinales.
Sergio Arredondo-Alonso, auteur principal de l’étude de l’Université d’Oslo et du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Il était passionnant de découvrir la possibilité de reconstruire l’histoire de l’évolution de la capsule K1 au cours du dernier demi-millénaire et de voir comment les gènes de la capsule ont été acquis à maintes reprises par de nombreuses lignées différentes de cette espèce pathogène au cours des siècles. Comme on ne connaissait ni la prévalence ni l’histoire de K1, nous avons eu l’impression d’entrer dans un territoire véritablement inconnu et de faire progresser considérablement la compréhension de cette espèce pathogène majeure ».
L’étude montre également que 25 % de toutes les souches actuelles d’E. coli responsables d’infections sanguines contiennent l’information génétique nécessaire au développement de la capsule K1. L’obtention d’une histoire évolutive complète de cette souche permettra aux chercheurs de comprendre comment les bactéries obtiennent le matériel génétique responsable d’une virulence sévère, et d’analyser les moyens de les combattre.
En utilisant des enzymes provenant de bactériophages, qui sont des virus qui « infectent et tuent » les bactéries, les chercheurs ont pu supprimer la barrière extracellulaire de la bactérie et la rendre vulnérable au système immunitaire humain. Les chercheurs ont démontré dans des études in vitro utilisant du sérum humain – une partie liquide du sang couramment utilisée dans les études de laboratoire – que le ciblage de cette capsule peut être un moyen de traiter largement l’infection à E. coli sans utiliser d’antibiotiques, conformément aux infections expérimentales antérieures chez l’animal.[5]
Alex McCarthy, l’un des principaux auteurs de l’étude de l’Imperial College London, a déclaré : « Nous avons spécifiquement démontré les progrès rendus possibles par la combinaison de la microbiologie expérimentale avec la génomique des populations et les outils de modélisation évolutive, afin d’ouvrir une fenêtre sur la traduction des résultats dans la pratique clinique future. Nous montrons que le ciblage thérapeutique de la capsule K1 rend ces pathogènes plus vulnérables à notre système immunitaire et offre la possibilité de prévenir des infections graves. Par exemple, il pourrait aider à traiter les nouveau-nés atteints de méningite causée par E. coli K1, une maladie rare mais dangereuse associée à un taux de mortalité élevé et à de graves effets néfastes à long terme sur la santé.
Le professeur Jukka Corander, coauteur principal de l’étude du Wellcome Sanger Institute et de l’université d’Oslo, a déclaré : « Notre recherche montre l’importance des études génomiques représentatives des agents pathogènes dans le temps et l’espace. Ces études nous permettront de reconstruire l’histoire de l’évolution des lignées bactériennes prospères et de mettre en évidence les changements dans leur composition génétique qui peuvent conduire à leur capacité à se propager et à provoquer des maladies. Ces connaissances serviront en fin de compte de base à la conception d’interventions et de thérapies futures contre ces agents pathogènes ».
Notes
- Les bactéries d’un large éventail d’espèces produisent des polysaccharides capsulaires – une barrière externe – qui sont associés à diverses fonctions. Il a été démontré qu’ils améliorent la persistance bactérienne et l’adaptation à de nouveaux environnements.
- Infections à E. coli : DOI : 10.1093/femsre/fuw005
- Le séquençage du génome entier est une méthode qui analyse l’ensemble du génome d’un organisme.
- Fait partie de la collection Gladstone, Kallonen, Murray et de la collection Horesh.
- Chez les rats nouveau-nés.
Référence : « Evolutionary and functional history of the Escherichia coli K1 capsule » 15 juin 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-39052-w
Ce travail a été financé par le Medical Research Council (MRC, Royaume-Uni), le Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC, Royaume-Uni), le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne dans le cadre des actions Marie Sklodowska-Curie. Ce travail a également été financé par la Fondation Trond Mohn. Il a été partiellement soutenu par le Conseil européen de la recherche (CER) et l’initiative de programmation conjointe sur la résistance aux antimicrobiens. La liste complète des remerciements se trouve dans la publication.