Co-carriage of bla KPC-33 and tmexCD2-toprJ2 on a Transferable Plasmid in an ST15-KL19 Klebsiella pneumoniae Isolate

Dans le monde microscopique des bactéries, la survie dépend souvent d'une course aux armements constante contre les médicaments conçus pour les tuer. Lorsque les médecins traitent des infections graves, ils s'appuient sur de puissants antibiotiques, mais les bactéries peuvent développer des défenses qui rendent ces médicaments inutiles. Deux des défenses les plus critiques impliquent des stratégies différentes : l'une consiste à produire une enzyme qui agit comme une paire de ciseaux, découpant la structure chimique d'un médicament avant qu'il ne puisse agir, tandis que l'autre utilise un système de pompe pour éjecter activement le médicament hors de la cellule. Pendant des années, les scientifiques ont observé la propagation de ces défenses, les trouvant souvent dans différentes bactéries ou sur différents vecteurs génétiques. L'inquiétude surgit lorsque ces défenses distinctes apparaissent ensemble, surtout si elles font un voyage à bord du même véhicule génétique mobile, permettant à une seule bactérie de devenir résistante à plusieurs classes de médicaments à la fois. Ce scénario crée un défi important pour la médecine moderne, car il limite les outils disponibles pour traiter les infections.

Des chercheurs en Chine ont récemment mis au jour un exemple spécifique de cette convergence dans une souche de Klebsiella pneumoniae, une cause courante d'infections nosocomiales. Ils ont isolé une bactérie à partir d'un patient et ont découvert qu'elle portait deux mécanismes de résistance majeurs sur un seul fragment de matériel génétique transférable. Cette bactérie, identifiée comme la souche 1640, possédait un gène produisant une version modifiée d'une enzyme de découpe de médicament, ainsi qu'un groupe de gènes codant pour une pompe d'éjection de médicaments. Ce qui a rendu cette découverte particulièrement notable, c'est que ces deux outils de résistance étaient situés sur un même anneau circulaire d'ADN, appelé plasmide, que la bactérie pouvait transmettre à d'autres. L'étude a confirmé que ce plasmide pouvait passer avec succès de la souche originale de Klebsiella à un autre type de bactérie, Escherichia coli, dans un cadre de laboratoire, transférant les capacités de résistance par la même occasion.

La souche elle-même, désignée par le numéro 1640, présentait un tableau complexe lors des tests contre divers antibiotiques. Elle s'est révélée résistante à une combinaison spécifique de médicaments utilisée pour traiter les infections difficiles, tout en restant vulnérable à d'autres antibiotiques puissants qui sont souvent utilisés en dernier recours. Ce décalage entre les gènes que la bactérie transportait et le comportement réel de la bactérie a été un axe central de l'enquête. Les chercheurs ont découvert que la bactérie portait un variant spécifique de l'enzyme de découpe, connu sous le nom de KPC-33, qui est une version modifiée d'une enzyme plus commune. Cette modification permet aux bactéries de résister à la combinaison de médicaments qui arrête habituellement la version standard. Parallèlement, la souche portait un groupe de gènes responsable d'un système de pompe qui réduit typiquement l'efficacité d'un médicament appelé tigécycline. Cependant, malgré la présence des gènes de cette pompe, la bactérie n'a pas montré la résistance attendue à la tigécycline lors des tests en laboratoire.

Pour comprendre comment ces gènes étaient organisés, l'équipe a cartographié l'intégralité du plan génétique de la bactérie. Ils ont découvert que le gène de l'enzyme de découpe et le groupe de gènes de la pompe étaient situés côte à côte sur un plasmide d'environ 146 193 paires de bases de long. Ce plasmide n'était pas seulement une collection aléatoire de gènes ; il possédait une structure spécifique lui permettant de circuler entre les bactéries. Les chercheurs ont comparé ce plasmide à d'autres trouvés dans différentes bactéries et ont constaté que, bien que le corps principal du plasmide soit très similaire aux vecteurs génétiques connus, les régions spécifiques contenant les gènes de résistance présentaient des caractéristiques uniques. Le gène de l'enzyme de découpe était entouré d'éléments génétiques spécifiques qui différaient de ceux trouvés dans d'autres plasmides similaires, tandis que le groupe de gènes de la pompe était hautement conservé, ce qui signifie qu'il ressemblait beaucoup aux versions trouvées dans d'autres bactéries.

L'équipe a ensuite testé si ce plasmide pouvait réellement passer d'une bactérie à une autre. Ils ont mélangé la souche originale avec une souche inoffensive d'E. coli dans un environnement contrôlé. L'expérience a montré que le plasmide s'était transféré avec succès à l'E. coli à un taux mesurable. Une fois que l'E. coli a reçu le plasmide, elle est devenue résistante à la même combinaison de médicaments que la souche originale. Cependant, même après avoir reçu les gènes de la pompe, l'E. coli n'est pas devenue résistante à la tigécycline. Ce résultat a renforcé l'idée que le simple fait de posséder les gènes de la pompe ne garantit pas la résistance ; d'autres facteurs au sein de la bactérie influencent probablement l'efficacité de la pompe.

Une analyse plus approfondie a classé cette souche au sein d'une famille spécifique de bactéries connue sous le nom de type de séquence 15, qui est présente mondialement mais particulièrement commune en Chine. Les chercheurs ont comparé la composition génétique de la souche 1640 à près de cent autres souches de cette famille. Bien que la structure génétique centrale de la bactérie soit très similaire aux autres souches chinoises, les gènes de résistance qu'elle transportait étaient uniques. Aucune des autres souches de la comparaison ne portait la même combinaison exacte du variant de l'enzyme de découpe et du groupe de gènes de la pompe. Cela suggère que la souche a acquis ces outils de résistance spécifiques par le mouvement du matériel génétique plutôt qu'en les développant lentement par évolution sur une longue période. L'étude conclut que, bien que le profil de résistance de la bactérie soit complexe et ne soit pas entièrement prévisible à partir de ses gènes, la présence de ces deux mécanismes de résistance majeurs sur un seul plasmide mobile représente un risque significatif. Cette configuration permet la propagation potentielle de multiples traits de résistance simultanément, soulignant la nécessité d'une surveillance continue de la manière dont ces éléments génétiques se déplacent et se combinent dans les populations bactériennes.