Cartographier l'évolution du principal facteur de virulence de E. coli offre une cible de médicament affinée.

15 juin 2023

Cet article a été examiné selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les attributs suivants tout en veillant à la crédibilité du contenu :

• Fact-checké
• Publication examinée par les pairs
• Source de confiance

Corrigé par le Wellcome Trust Sanger Institute

Dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans Nature Communications, une équipe pluridisciplinaire dirigée par le Wellcome Sanger Institute, l'université d'Oslo, le Imperial College London et UCL a cartographié pour la première fois la chronologie évolutive et la distribution de la capsule externe protectrice de l'Escherichia coli, qui est responsable de la virulence de cette bactérie. L'étude montre également comment cibler la couche protectrice de la bactérie peut aider à traiter les infections extraintestinales. 

Ce nouveau travail s'est concentré sur un sous-ensemble particulier d'E. coli avec une capsule spécifique - la barrière extracellulaire qui entoure une bactérie - que les scientifiques ont appelé K1. E. coli avec ce type de capsule sont connus pour causer des maladies invasives telles que des infections sanguines ou rénales et la méningite chez les nouveau-nés. C'est parce que cette couverture particulière leur permet de mimer des molécules déjà présentes dans les tissus humains et d'entrer dans le corps sans être détectés.

Les chercheurs présentent des preuves que le ciblage de la capsule peut être utilisé comme base de traitement, ouvrant la voie à la prévention des infections graves à E. coli.

E. coli est une cause fréquente d'infections des voies urinaires et sanguines et peut causer la méningite chez les nouveau-nés prématurés et à terme, avec un taux de mortalité atteignant jusqu'à 40 %. En outre, la montée d'E. coli hypervirulent et multi-résistant aux médicaments au cours de la dernière décennie signifie que le développement de stratégies efficaces pour prévenir et traiter E. coli est devenu urgent.

Comprendre l'anatomie de la bactérie et son rôle dans la cause de maladies est essentiel 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, limitant leur capacité à lutter contre les infections à E. coli.

Les chercheurs du Wellcome Sanger Institute, de l'université d'Oslo, du Imperial College London et d'UCL ont maintenant cartographié l'évolution de cette souche d'E. coli, sa prévalence et sa distribution. En utilisant la génomique de population haute résolution, le séquençage complet du génome et des outils de calcul avancés, ils ont analysé 5 065 échantillons cliniques provenant de différents pays et périodes. Les données comprenaient de vastes collections d'échantillons du Royaume-Uni et de la Norvège, des échantillons d'adultes néonataux nouvellement générés de six pays, tels que le Brésil, le Mexique et le Laos, entre autres, ainsi que des échantillons de l'ère pré-antibiotique à partir de 1932.

Ils ont découvert que cette capsule spécifiquement virulente - K1 - date en réalité de plus longtemps, environ 500 ans plus tôt que ce qui était précédemment imaginé. 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 extraintestinales.

Le Dr Sergio Arredondo-Alonso, premier auteur de l'étude de l'université d'Oslo et du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : "Il a été passionnant de découvrir la possibilité de reconstruire l'histoire évolutive de la capsule K1 au cours des cinq derniers siècles, et de voir comment les gènes de la capsule ont été acquis encore et encore par de nombreux différents lignages de cette espèce pathogène au fil des siècles. Étant donné que ni la prévalence ni l'histoire de K1 n'étaient connues, nous avons eu l'impression d'entrer réellement en territoire inexploré et de faire progresser de manière significative la compréhension de cette importante espèce pathogène."

L'étude montre également que 25 % de toutes les souches d'E. coli actuelles responsables d'infections sanguines contiennent les informations génétiques nécessaires pour développer la capsule K1. Obtenir une histoire évolutive complète de cette souche permettra désormais aux chercheurs de comprendre comment les bactéries obtiennent le matériel génétique responsable d'une virulence sévère en premier lieu et d'analyser des 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 éliminer la barrière extracellulaire de la bactérie et la rendre vulnérable au système immunitaire humain. Les chercheurs ont démontré dans des études in vitro utilisant un sérum humain - une partie liquide du sang couramment utilisée dans les études en laboratoire - que le ciblage de cette capsule peut être un moyen de traiter largement l'infection à E. coli sans utiliser d'antibiotiques, conformément à des infections expérimentales précédentes chez des animaux.

Dr. Alex McCarthy, a senior author of the study from Imperial College London, said, 'We specifically demonstrated the advances made possible by combining experimental microbiology with population genomics and evolutionary modeling tools, to open a window into translating the findings into future clinical practice. We show that therapeutic targeting of the K1 capsule makes these pathogens more vulnerable to our immune system, and offers the possibility of preventing serious infections. For example, it could help treat newborn babies with meningitis caused by K1 E. coli, which is a rare but dangerous condition associated with high mortality and serious long-term adverse health effects.'

Professor Jukka Corander, a co-senior author of the study from the Wellcome Sanger Institute and the University of Oslo, said, 'Our research shows the importance of representative genomic surveys of pathogens over time and space. These studies will enable us to reconstruct the evolutionary history of successful bacterial lineages and pinpoint changes in their genetic make-up that can lead to their ability to spread and cause disease. Such knowledge is ultimately providing the basis for designing future interventions and therapies against these pathogens.'