Streptococcus pneumoniae, communément appelé pneumocoque , est une bactérie pathogène présente dans le nasopharynx humain (en particulier chez les filles et les garçons) et peut provoquer des maladies bénignes, comme l’otite ou la sinusite, ou des pathologies plus graves, comme la pneumonie et la méningite. Bien qu’il existe des vaccins pour prévenir les infections causées par cet agent pathogène, ainsi que différents antibiotiques pour les traiter, on estime que ces types de maladies provoquent plus d’un million de décès par an dans le monde. Cette situation fait du pneumocoque l’agent pathogène qui provoque le plus de décès parmi ceux qui provoquent des maladies infectieuses évitables par la vaccination. L’efficacité des différents antibiotiques disponibles pour traiter le pneumocoque est actuellement gravement compromise par l’apparition de différentes souches qui développent une tolérance, une persistance ou une résistance à certains traitements pharmacologiques. En ce sens, l’existence de mécanismes de tolérance à la vancomycine, ainsi que de résistance à la pénicilline et au groupe d’antibiotiques appelés fluoroquinolones, a déjà été établie.
Récemment, des scientifiques du CONICET ont présenté des recherches dans lesquelles ils montrent, sur la base de tests sur des modèles cellulaires, que l’exposition au stress oxydatif intracellulaire pourrait conduire de petites populations de pneumocoques à développer des mécanismes de persistance au traitement par fluoroquinolones. La persistance est un type de tolérance à des concentrations élevées d’antibiotiques qu’une sous-population bactérienne acquiert à partir de facteurs environnementaux et qui n’est pas héritée de la progéniture (c’est-à-dire qu’elle n’implique pas de modifications du génome). D’autre part, la persistance du pneumocoque aux fluoroquinolones est cliniquement pertinente, surtout parce que le traitement antibiotique pourrait échouer en raison de l’émergence de souches résistantes à ce type d’antibiotiques. À cet égard, on considère que la persistance peut être une étape préalable à l’apparition de cas de résistance aux antibiotiques .
L’étude, dirigée par José Echenique , chercheur CONICET au Centre de recherche en biochimie clinique et immunologie (CIBICI, CONICET-UNC), a été publiée dans la revue Microbiology Spectrum de l’American Society of Microbiology. Le premier auteur de l’étude était Mirelys Hernández-Morfa , doctorante du Conseil au CIBICI.
La vie intracellulaire du pneumocoque
Bien que le pneumocoque vive principalement dans le milieu extracellulaire, il peut rester temporairement pendant plusieurs heures à l’intérieur des cellules du système immunitaire ou des pneumocytes (cellules spécialisées qui forment les alvéoles pulmonaires). « Lorsqu’une bactérie pénètre dans une cellule du système immunitaire, comme les macrophages ou les neutrophiles, une explosion de stress oxydatif se déclenche qui vise à tuer l’agent pathogène. Autrement dit, les cellules commencent à produire du peroxyde d’hydrogène, entre autres espèces réactives de l’oxygène, pour se débarrasser de l’infection », explique Echenique.
Aujourd’hui, bien que la majorité des bactéries pneumocoques meurent à cause de l’attaque du peroxyde d’hydrogène, il a été établi qu’il existe une sous-population qui parvient à survivre. « Le pneumocoque est une bactérie qui possède de forts mécanismes de résistance au stress oxydatif, étant donné qu’elle a besoin de survivre au peroxyde d’hydrogène lui-même qu’elle produit habituellement pour rivaliser avec d’autres bactéries qui habitent le nasopharynx, qui est tapissé d’environ sept cents micro-organismes différents. Si les pneumocoques n’avaient pas d’enzymes capables de dégrader le peroxyde d’hydrogène au niveau intracellulaire, il n’y aurait pas de sous-population ayant la possibilité de survivre à l’explosion oxydative qui se produit lorsqu’ils pénètrent dans une cellule humaine. Pouvoir survivre à ces niveaux de stress oxydatif est déjà un mécanisme assez sophistiqué pour un organisme normalement extracellulaire », explique le chercheur.
Développement de la persistance aux fluoroquinolones
Les fluoroquinolones sont un groupe d’antibiotiques utilisés pour traiter les infections causées par le pneumocoque, dont le mécanisme d’action est également lié à des niveaux accrus de stress oxydatif. Sachant qu’une exposition préalable au peroxyde d’hydrogène induit le mécanisme de défense du pneumocoque contre ce type de composés, les auteurs ont proposé que ce scénario pourrait contrecarrer l’effet des fluoroquinolones. Cela a conduit l’équipe de recherche dirigée par Echenique à analyser si l’exposition au peroxyde d’hydrogène conduisait le pneumocoque à développer des mécanismes de persistance aux fluoroquinolones, et cela a été corroboré par des tests en milieu de culture et avec différents modèles cellulaires.
« Pour déterminer si l’exposition au stress oxydatif l’a conduit à développer une persistance aux antibiotiques, la première chose que nous avons faite a été d’exposer le pneumocoque à un milieu de culture contenant des quantités de peroxyde d’hydrogène similaires à celles qui pourraient être exposées à l’intérieur d’une cellule du système immunitaire. . En ajoutant des fluoroquinolones, nous avons constaté que le taux de survie de ces bactéries contre cet antibiotique était en réalité augmenté, par rapport à ce qui s’est produit avec les pneumocoques qui n’avaient pas été exposés au stress oxydatif. Nous avons également réussi à identifier certains gènes impliqués dans le développement de ce mécanisme », explique Echenique.
L’étape suivante consistait à tester si ce comportement pouvait être reproduit dans des modèles cellulaires, tels que les macrophages, les pneumocytes et les neutrophiles.
« Dans les modèles cellulaires, comme nous le savions déjà, l’entrée du pneumocoque génère une augmentation des niveaux de peroxyde d’hydrogène à l’intérieur des cellules, ce qui entraîne la mort d’un pourcentage élevé de bactéries, même si une sous-population est capable de survivre. Après plusieurs heures, nous avons ajouté des fluoroquinolones pour voir si l’exposition au stress oxydatif intracellulaire produisait également le développement d’un mécanisme de persistance pour cet antibiotique, comme cela s’était produit lors des tests en milieux de culture. Ainsi, nous avons pu identifier que l’induction du mécanisme de persistance des fluoroquinolones se produit également lorsque le pneumocoque est exposé au stress oxydatif intracellulaire lorsqu’il envahit les cellules », développe le chercheur.
Echenique souligne que ce type de tolérance ne signifie pas résistance aux antibiotiques, car pour cela il doit y avoir des mutations dans certains gènes ou l’incorporation de nouveaux gènes. "Lorsque vous enlevez le peroxyde d’hydrogène et que vous les traitez à nouveau avec des fluoroquinolones, les bactéries persistantes redeviennent sensibles aux antibiotiques et meurent."
En outre, Echenique précise : « Ce mécanisme de persistance aux antibiotiques est pertinent d’un point de vue clinique, car il réduirait l’efficacité du traitement antimicrobien chez les patients atteints d’infections pneumococciques et, d’autre part, une plus grande exposition aux fluoroquinolones faciliterait la génération de souches résistantes.
