Une équipe de recherche développe des surfaces conçues pour décourager la propagation de bactéries résistantes

Les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques deviennent un défi sociétal majeur. Pour résoudre ce problème, les chercheurs travaillent sur de nouveaux médicaments qui tuent les bactéries sans favoriser la résistance, ainsi que sur de nouveaux matériaux qui empêchent la formation de biofilms bactériens. Ces derniers sont à l’origine de variants résistants mais sont notoirement difficiles à éliminer.

Récemment, des chercheurs de l’Institut de chimie physique de l’Académie polonaise des sciences ont découvert que rendre la surface ondulée peut aider à limiter la propagation de bactéries résistantes.

L’utilisation excessive d’antibiotiques à l’échelle mondiale a considérablement accéléré le développement de bactéries résistantes, qui se propagent rapidement dans le monde entier et remplacent les bactéries sensibles aux antibiotiques. De nombreuses souches de bactéries pathogènes courantes sont désormais résistantes à plusieurs antibiotiques, ce qui rend impératif de trouver de nouvelles méthodes pour lutter contre les infections bactériennes.

À la recherche d’un moyen de limiter la croissance de bactéries résistantes indésirables, des chercheurs du Centre Dioscuri de physique et de chimie des bactéries, IPC PAS, examinent le comportement des bactéries E. coli sensibles et résistantes aux antibiotiques sur différentes surfaces. Les chercheurs espèrent qu’une meilleure compréhension de la façon dont ces populations bactériennes se développent contribuera à développer de nouveaux revêtements antibactériens qui empêcheront l’émergence de résistances.

Dans la nature ainsi que dans le corps humain, les bactéries forment souvent des communautés étroitement liées et attachées à la surface, appelées biofilms. Les bactéries présentes dans les biofilms sont partiellement protégées des antibiotiques, qui ne peuvent pas pénétrer dans le biofilm en raison de sa structure dense. Comme dans l’aphorisme « ce qui ne tue pas rend plus fort », cela favorise l’évolution de bactéries résistantes aux antibiotiques qui émergent spontanément dans le biofilm.

Suite à une exposition aux antibiotiques, par exemple lors d’une infection, quelques bactéries résistantes initialement apparues commencent à se multiplier parce que l’antibiotique est incapable de les tuer. Si ce processus se produit dans un biofilm se développant sur une surface plane, par exemple celui d’une sonde urinaire, rien n’empêche les bactéries résistantes de se propager et, à terme, de prendre le dessus sur les bactéries sensibles.

Des chercheurs de l’IPC PAS ont maintenant démontré que ce processus peut être arrêté en rendant la surface ondulée. Dans un article récent publié dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesils démontrent que même de minuscules ondulations de surface, bien plus petites que l’épaisseur du biofilm, suffisent à limiter la propagation de mutants résistants à de minuscules « secteurs » au sein du biofilm.

L’équipe dirigée par le Dr Bartłomiej Wacław a cultivé des biofilms bactériens dans un dispositif microfluidique composé de chambres microscopiques à surface inférieure ondulée en forme de fonction sinusoïdale. Chaque chambre était occupée par un biofilm composé de deux bactéries différentes, sensible et résistante, qui étaient initialement mélangées.

Suite à une exposition à un antibiotique, les bactéries résistantes ont commencé à se développer plus rapidement que les bactéries sensibles. Cependant, contrairement aux chambres à fond plat, les bactéries résistantes n’ont pas pris le pas sur les bactéries sensibles dans les chambres en carton ondulé. Au lieu de cela, les bactéries résistantes sont restées localisées dans de petits secteurs situés dans les poches du motif ondulé.

“Nos résultats suggèrent que la dynamique des populations bactériennes dans le biofilm peut être contrôlée en manipulant la géométrie de la surface. Nous l’avons démontré spécifiquement pour un mutant résistant aux antibiotiques, ce qui a des implications potentiellement intéressantes pour la médecine. Les surfaces à motifs ont déjà été étudiées pour leurs propriétés anti- potentiel de formation de biofilm. Nos recherches fournissent une autre justification pour l’utilisation de telles surfaces : elles peuvent également empêcher la propagation de bactéries résistantes », déclare le Dr Wacław.

Le Dr Waclaw souligne toutefois qu’il est trop tôt pour dire si les recherches fondamentales menées dans son groupe se traduiront par des applications pratiques. Il souligne cependant que « même si cette approche n’éliminera certainement pas le problème de la résistance aux antibiotiques, elle pourrait contribuer à réduire le risque d’échec thérapeutique chez les patients hospitalisés. Ces patients sont souvent cathétérisés, ce qui comporte un risque important d’infection par un souche résistante aux antibiotiques en milieu hospitalier. Ralentir la propagation de ces bactéries peut faire la différence entre la vie et la mort pour certains patients.

Le Dr Waclaw affirme également que leurs résultats sont plus généraux et s’appliquent à toute situation dans laquelle une souche bactérienne indésirable se développe plus rapidement que d’autres souches.

« Un effet similaire pourrait être exploité pour stabiliser les communautés microbiennes utilisées dans les processus industriels tels que le traitement des eaux usées, la production de biocarburants et bien d’autres », note-t-il.