Aperçu

Les chercheurs utilisent des gènes de résistance aux antibiotiques pour identifier les bactéries qui possèdent un plasmide contenant leur gène d’intérêt. La résistance aux antibiotiques se produit naturellement lorsqu’une mutation spontanée de l’ADN crée des modifications dans les gènes bactériens qui suppriment l’activité de l’antibiotique. Les bactéries peuvent partager ces nouveaux gènes de résistance avec leur progéniture et d’autres bactéries. L’utilisation excessive et abusive d’antibiotiques a créé une crise de santé publique, alors que les bactéries résistantes et multirésistantes continuent de se développer.

La résistance aux antibiotiques est un outil essentiel du génie génétique

Les antibiotiques, comme la pénicilline, sont des médicaments qui tuent ou arrêtent la croissance bactérienne. Les bactéries qui ont acquis naturellement ou artificiellement des gènes de résistance aux antibiotiques ne réagissent pas aux antibiotiques. Les scientifiques exploitent cela en concevant des plasmides — de petits morceaux d’ADN se répliquant eux-même — qui portent à la fois un gène de résistance aux antibiotiques et un gène d’intérêt. La résistance aux antibiotiques fait partie intégrante du clonage d’ADN en permettant à un chercheur d’identifier les cellules qui ont absorbé un ADN d’intérêt.

L’ADN d’intérêt du chercheur est introduit dans les cellules bactériennes à l’aide d’un processus appelé transformation. La transformation bactérienne consiste à créer temporairement de petits trous dans la paroi cellulaire bactérienne pour permettre la pénétration d’ADN externe comme un plasmide. Seules quelques cellules bactériennes absorbent le nouvel ADN. Étant donné que le plasmide comprend à la fois l’ADN d’intérêt et un gène qui confère une résistance à un antibiotique spécifique, l’application de l’antibiotique aux cellules bactériennes (c.-à-d. la sélection par antibiotique) peut aider à déterminer quelles cellules ont été génétiquement modifiées.

Le chercheur répand les cellules bactériennes sur une boite de culture contenant un antibiotique choisi. Seules les bactéries contenant le gène de résistance à l’antibiotique survivent et se développent dans la boite. Au bout de quelques jours, le chercheur peut sélectionner une colonie bactérienne pour la cultiver dans d’autres expériences, telles que l’étude de l’expression des gènes. Après la sélection par un antibiotique, le chercheur effectuera d'autres tests sur les bactéries en utilisant d'autres méthodes (par exemple, la PCR) pour confirmer que l'ADN d'intérêt est correct. Des erreurs se produisent souvent, comme le plasmide qui ne contient pas du tout le gène d’intérêt.

Les bactéries peuvent acquérir une résistance aux antibiotiques naturellement

Les bactéries peuvent acquérir une résistance aux antibiotiques grâce à des mutations spontanées de l’ADN qui modifient les protéines produites par la cellule. Les bactéries résistantes peuvent produire des protéines qui font que l’antibiotique est soit dégradé soit pompé hors de la cellule, ou qui l’empêchent d’interagir avec sa cible. Par exemple, l’antibiotique vancomycine inhibe la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne. Certaines bactéries ont développé une résistance à cet antibiotique en remplaçant les types de sous-unités protéiques — acides aminés — qui sont utilisés dans l'assemblage de leur paroi cellulaire par d’autres qui ne sont pas impactés par la vancomycine.

Une fois que les gènes de résistance aux antibiotiques émergent, les bactéries peuvent les transmettre à leur progéniture. Les bactéries peuvent également acquérir des gènes de résistance aux antibiotiques à partir d’autres bactéries de la même espèce ou d’une espèce différente grâce à un processus appelé transfert horizontal de gènes (HGT). Il existe trois mécanismes de HGT : la transformation, la conjugaison et la transduction. Les gènes de résistance aux antibiotiques sont souvent présents dans les plasmides ou les transposons — des morceaux d’ADN facilement transférés entre les bactéries — qui sont échangés pendant le HGT. En conséquence, de nouveaux types de résistance aux antibiotiques peuvent rapidement se propager à de multiples sortes de bactéries infectieuses.

L’utilisation clinique excessive et l’abus d’antibiotiques produisent des “ superbactéries ”

Les antibiotiques sont un traitement essentiel contre les infections bactériennes. Cependant, leur utilisation peut rendre les bactéries résistantes et rendre l’antibiotique inefficace, conduisant à des infections incurables et potentiellement mortelles. La surconsommation et l’abus d’antibiotiques — par exemple, l’utilisation d’antibiotiques pour traiter les infections virales (plutôt que bactériennes) ou pour accroître la croissance du bétail — est problématique parce que cela favorise la résistance.

Les antibiotiques provoquent l’évolution de la résistance parce qu’ils tuent les bactéries sensibles et ne laissent que les individus résistants. Les bactéries survivantes se divisent rapidement, produisant une progéniture avec la même résistance aux antibiotiques. Lorsque les antibiotiques sont utilisés de façon abusive, cette pression de sélection entraîne une augmentation rapide du nombre de bactéries résistantes dans la population. Il s’agit d’un problème majeur de santé publique parce qu’il augmente la résistance aux antibiotiques et crée des “ superbactéries ” résistantes à de multiples antibiotiques. Une utilisation excessive et abusive prolongée des antibiotiques pourrait finalement épuiser les options de traitement contre les infections bactériennes.