Les médicaments qui nous protègent des bactéries omniprésentes depuis plus de soixante-dix ans perdent lentement leur emprise, et nous avons besoin d'une nouvelle arme pour lutter contre les infections. Les bactéries pathogènes deviennent immunisées contre les antibiotiques qui les tuaient autrefois, même contre les médicaments qui étaient autrefois considérés comme la dernière ligne de défense.
Les bactéries résistantes aux antibiotiques (résistantes aux antibiotiques) tuent environ 1% des personnes qu'elles infectent, même dans les pays développés. Et si cela est ignoré, ils tueront cinq fois plus de personnes chaque année.
«Beaucoup de choses que nous tenons pour acquis pour le moment, comme une césarienne, ou une arthroplastie de la hanche, ou encore des greffes d'organes, sans antibiotiques, deviendront très difficiles», déclare François Franceschi, responsable du programme de développement thérapeutique au département de bactériologie et mycologie de l'Institut national des allergies et maladies infectieuses.
Les personnes dont le système immunitaire est affaibli sont particulièrement vulnérables, mais dans le monde post-antibiotique, tout le monde, sans exception, sera à risque.
«Les gens disent qu'à l'ère post-antibiotique, les antibiotiques ne pourront plus nous aider même avec la moindre égratignure», déclare Cesar de la Fuente, bio-ingénieur au Massachusetts Institute of Technology.
Pour lutter contre les bactéries résistantes, nous nous tournons vers de nouveaux alliés, comme les virus, qui n'attaquent que les bactéries; nanoparticules et minuscules protéines produites par le système immunitaire de divers organismes. Chaque outil a ses propres avantages et inconvénients, c'est pourquoi les scientifiques étudient diverses approches.
«De nombreuses personnes dans le domaine recherchent actuellement des stratégies alternatives à ajouter à notre arsenal», déclare Timothy Lu, également au MIT. "Ce n'est pas que chacun d'entre eux essaie d'inventer sa propre solution miracle qui nous sauvera des bactéries pour le reste de nos vies, mais plutôt d'étudier le problème sous différents angles."
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Voici quelques façons dont nous pouvons nous aider à lutter contre les bactéries indésirables.
Désarmer les envahisseurs
Les bactéries n'ont pas toujours besoin d'être tuées pour se neutraliser. Certains traitements ciblent indirectement les germes en les privant de leurs armes. La bactérie sera en place, mais les conséquences de l'infection ne seront pas graves et le système immunitaire aura une chance de lutter contre l'infection par lui-même.
Si votre médicament ne tue pas réellement les bactéries, elles seront moins incitées à développer une résistance. Il faudra plus de temps pour que la résistance se développe car la bactérie ne combattra pas activement le médicament, dit Franceschi.
De nombreuses bactéries libèrent des toxines qui endommagent les cellules hôtes. L'un des types de toxines les plus courants est appelé formation de pores, qui perce des trous dans les cellules. Il est isolé par Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, Escherichia coli, Listeria, la bactérie du charbon et le venin de serpents, de scorpions et d'anémones de mer.
Liangfang Zhang a compris comment éliminer ces toxines. «Vous enlevez les armes et elles s'affaiblissent beaucoup», explique Zhang, nano-ingénieur à l'Université de Californie à San Diego. Il recouvre les nanoparticules d'une cible douce - des membranes composées de globules rouges. Le globule rouge agit comme un leurre, aspirant une toxine qui, autrement, attaquerait les cellules saines. «C'est comme une éponge aspirant les toxines», explique Zhang.
Dans sa première étude, il a montré que les nano-éponges absorbaient les toxines sans nuire aux souris. Le travail de Zhang avec les nanoparticules comme leurres cette année était l'un des 24 projets à recevoir un financement des National Institutes of Health. Il espère commencer des essais cliniques chez l'homme dès l'année prochaine.
Les nanoparticules, souvent constituées de plastiques ou de métaux comme l'argent, peuvent également affaiblir les bactéries en détruisant leurs membranes cellulaires protectrices ou en endommageant l'ADN. Les nanoparticules sont faciles à travailler car elles se construisent toutes seules. «Vous contrôlez la température, le solvant et tout le reste, et ces molécules s'assemblent en une nanoparticule», dit Zhang.
Les nanoparticules peuvent être plus chères que les antibiotiques traditionnels. Et les amener au bon endroit dans le corps peut aussi être un défi. Un autre défi consiste à s'assurer que les nanoparticules sont constituées de matériaux qui ne provoqueront pas de réponse immunitaire immédiate et se décomposeront avec le temps pour ne pas s'accumuler dans le corps.
Des questions demeurent concernant la sécurité à long terme de certaines de ces choses, dit Lou.
Livraison spéciale
Des traitements alternatifs peuvent être appliqués pour rendre les antibiotiques existants plus efficaces. Par exemple, les scientifiques étudient actuellement comment les nanoparticules pourraient être utilisées pour administrer des médicaments anticancéreux et des antibiotiques.
Les antibiotiques sont distribués dans tout le corps et sont toxiques à fortes doses. À l'aide de nanoparticules, des doses concentrées de médicaments pourraient être libérées. Des milliers de molécules de médicaments pourraient être poussées à l'intérieur d'une seule nanoparticule.
«Ils peuvent facilement se fixer à la membrane et libérer progressivement les médicaments directement sur les bactéries», explique Zhang. Par conséquent, une charge plus efficace pourrait être ciblée plus précisément sans augmenter la dose totale du médicament. De cette manière, le mécanisme de résistance bactérienne pourrait être supprimé - ils ne développeraient tout simplement pas de résistance contre les antibiotiques à action ponctuelle.
Le problème des nanoparticules, comme de nombreux autres outils, est que le système immunitaire les considère comme une menace. «Leur taille est très similaire à celle des virus. Notre corps apprendra à se défendre contre ces nanoparticules, ou virus, si vous ne les protégez pas."
Zhang et ses collègues ont camouflé des nanoparticules dans des vestes fabriquées à partir de membranes plaquettaires, les cellules qui aident le sang à coaguler. De côté, les nanoparticules sont similaires à ces cellules sanguines miniatures. Certaines bactéries sont attirées par les plaquettes - avec leur aide, elles sont masquées par le système immunitaire. Les nanoparticules recouvertes de plaquettes pourraient jouer deux fois, recrutant des envahisseurs pour les faire exploser avec un médicament.
Toutes les nanoparticules libéreront des médicaments en présence de bactéries, dit Zhang. À l'aide de particules plaquettaires, il a déjà guéri des souris infectées par la souche multi-résistante aux antibiotiques de SARM.
Attaque directe
Parfois, cependant, les demi-mesures n'aident pas. Il existe des alternatives aux antibiotiques traditionnels qui peuvent tuer les bactéries. Une stratégie consiste à créer des versions artificielles de peptides antimicrobiens (AMP), qui font partie de la réponse immunitaire innée des microbes, des plantes et des animaux (comme les diables de Tasmanie). Ces composants attaquent la membrane du pathogène et font des ravages dans la cellule.
Dans le cadre d'un projet récent, de la Fuente a travaillé avec Lou et d'autres pour sélectionner un AMP non toxique trouvé dans de simples animaux marins appelés tuniciers. Les scientifiques ont ajouté plusieurs acides aminés au cadre de base, améliorant sa capacité à traiter les souris infectées par des souches résistantes aux antibiotiques d'E. Coli, ou SARM. L'AMP enrichie renforce également le système immunitaire du rongeur, réduit l'inflammation et appelle à l'aide sous forme de globules blancs.
Les peptides antimicrobiens peuvent vaincre un large éventail d'agents pathogènes, et les bactéries ont du mal à développer une résistance à eux. «Par rapport aux antibiotiques conventionnels, ces peptides sont plus efficaces dans de nombreux cas», explique de la Fuente.
Les AMP sont constitués de chaînes d'acides aminés relativement courtes, les éléments constitutifs des protéines. Par conséquent, ils sont assez simples (bien que coûteux) à construire. «Nous n'avons pas encore réduit les coûts», déclare de la Fuente. Les scientifiques explorent des moyens de rendre les AMP moins chers en programmant des microbes afin qu'ils ne dépendent pas d'une machine et laissent les microbes le faire eux-mêmes.
Néanmoins, on craint que l'AMP puisse attaquer les cellules de l'hôte. Et comme pour de nombreuses alternatives antibiotiques, envoyer des peptides au bon endroit à une concentration suffisamment élevée pour rester efficaces peut être un défi. À court terme, une application locale est plus probable, a déclaré de la Fuente. Ces peptides pourraient être incorporés, par exemple, dans une crème qui pourrait être appliquée sur une plaie ouverte ou sur le site d'une infection de la peau. Ils pourraient également être utilisés pour couvrir des tables, des ordinateurs, des instruments chirurgicaux ou des cathéters pour empêcher les germes de les coloniser.
Re-sensibilisation
Une autre façon d'affaiblir les bactéries est de les débarrasser de la résistance qu'elles ont développée aux antibiotiques. Pour de telles missions, des virus spécialisés dans la consommation de bactéries, les bactériophages, pourraient être utilisés.
Les bactériophages sont des tueurs extrêmement efficaces de bactéries, mais grâce au génie génétique, les scientifiques pourraient leur donner de nouvelles capacités, y compris la restauration de la sensibilité des bactéries aux médicaments traditionnels.
Les bactériophages reprogrammés peuvent devenir obsédés par les bactéries porteuses de gènes qui confèrent une résistance aux antibiotiques, suppriment cette capacité ou tuent les bactéries. Lorsque les microbes résistants sont détruits ou rendus inoffensifs, la population restante sera vulnérable aux antibiotiques.
Une autre méthode qui permet aux bactéries de résister aux antibiotiques consiste à sécréter des composés qui créent un biofilm à travers lequel le médicament ne peut pas pénétrer. Il est possible de créer des bactériophages qui dévoreront le biofilm.
Dans la nature, les bactériophages peuvent tuer directement les bactéries. Certains d'entre eux connectent leur ADN à des bactéries et, pour se libérer, ils mangent simplement à travers la paroi cellulaire, faisant exploser la cellule, dit Lu. D'autres agissent comme des parasites.
Les bactériophages ont été découverts il y a une centaine d'années. Les antibiotiques les ont remplacés aux États-Unis, mais ils continuent d'être utilisés en Russie et dans certains pays d'Europe de l'Est. Alors que les bactéries résistantes aux antibiotiques se développent, les scientifiques se tournent à nouveau vers les bactériophages - ils sont tout aussi efficaces pour traiter les personnes, seuls les essais cliniques ne l'ont pas encore confirmé.
L'un des avantages de ces virus est qu'ils peuvent se répliquer. Vous ne pouvez en mettre qu'une petite quantité et tuer de nombreuses bactéries. Et comme ils ont besoin de cellules vivantes pour se reproduire, ils cesseront de se reproduire dès que toutes les cellules de l'hôte seront détruites.
Cependant, comme d'autres alternatives, les bactériophages peuvent déclencher une réponse du système immunitaire. «Si vous injectez un virus ou un peptide étranger dans le corps humain, il y a toujours une chance qu'une réaction se produise», explique Lu. Une autre préoccupation est que certains phages peuvent capter des gènes associés à la résistance aux antibiotiques et les transmettre à d'autres bactéries.
Mais il est peu probable qu'ils endommagent les tissus humains. Les bactériophages ne se multiplient pas dans les cellules humaines. Nous avons un tas de bactériophages à l'intérieur de nous - il est difficile de dire qu'ils nous sont étrangers.
Contact personnel
Plusieurs traitements alternatifs pourraient être adaptés pour cibler des germes spécifiques. Là encore, les bactériophages sont des candidats idéaux. «Ils sont essentiellement l'ennemi naturel des bactéries», dit Lu. Habituellement, «si vous trouvez des bactéries, vous trouvez également des bactériophages».
Les antibiotiques traditionnels tuent souvent les bactéries sans discernement - y compris dans le microbiome naturel de notre corps, qui joue un rôle important dans notre santé. C'est le bombardement de tapis qui tue tout.
Les virus offrent une approche plus personnalisée. «Vous pouvez essayer de garder les bonnes bactéries tout en tuant les mauvaises bactéries», dit Lu.
Cependant, cette spécificité est également une arme à double tranchant. Afin de couvrir un nombre suffisant de bactéries différentes pouvant infecter un patient, de nombreux virus devront être mélangés dans le cocktail. Bien que les bactériophages ne soient pas très coûteux à cultiver, les cocktails de divers virus sont une tout autre affaire.
Lou travaille sur des cocktails de bactériophages construits sur des forêts sûres. En déterminant la zone que les bactériophages doivent infecter, vous pouvez attaquer différentes bactéries, diriger les bactériophages dans des directions différentes. Il ne reste plus qu'à comprendre comment le faire.
Quoi qu'il en soit, il est difficile de créer un médicament efficace sans savoir ce qui cause l'infection. Si vous allez chez votre médecin, il ne pourra pas vous fournir de traitement à spectre étroit s'il ne sait pas quelles bactéries vous dérangent.
Les médecins ont besoin de méthodes de diagnostic plus rapides pour déterminer le type de bactéries cibles et leur résistance aux antibiotiques traditionnels. Lu et ses collègues s'efforcent de créer des diagnostics rapides et bon marché. Lorsqu'ils infectent leur bactérie cible, ils l'allument avec la même protéine que les lucioles. Donnez simplement l'échantillon de bactériophage au patient et «vous pouvez dire si l'échantillon est incandescent ou non, si des bactéries y sont présentes ou non», dit Lu.
Large arsenal
Ce ne sont pas toutes les armes que nous ajoutons à notre arsenal. Les scientifiques explorent d'autres options, comme envoyer d'autres bactéries pour combattre des agents pathogènes, trouver de nouveaux antibiotiques, utiliser des anticorps, etc.
«Vous pouvez difficilement compter sur une méthode ou une technologie pour éliminer tout le problème», dit Zhang. L'étude des superbactéries sous différents angles, combinant de nouvelles tactiques et des méthodes de traitement traditionnelles, élargira notre arsenal.
Il faudra plusieurs années avant que de nouveaux instruments soient approuvés pour une utilisation généralisée. Et pendant un certain temps, les méthodes antimicrobiennes alternatives ne seront utilisées que lorsque les antibiotiques ne fonctionnent plus. Le bon marché et l'efficacité des antibiotiques sont la principale raison pour laquelle ils sont difficiles à refuser. Mais à long terme, ce sera la seule option.
ILYA KHEL
