Face à la résistance croissante aux antibiotiques, comprendre leur entrée dans les bactéries est essentiel pour développer de nouveaux médicaments. Chez les
bactéries Gram-négatives*, la membrane externe constitue une barrière majeure à la pénétration des antibiotiques, renforçant ainsi leur résistance. Quantifier cette barrière est donc crucial pour identifier des stratégies permettant de la franchir et d'améliorer l'efficacité des traitements. En dehors des simulations numériques et de méthodes de mesure de cette perméabilité sur des systèmes modèles, les mesures sur des bactéries entières restent complexes, car elles nécessitent de déterminer les concentrations d'antibiotiques dans différents compartiments cellulaires. Récemment, la
RMN in cellulo*(1) a permis de suivre le devenir des antibiotiques, comme les β-lactamines, à l'intérieur des bactéries. Cependant, cette méthode est limitée par la fragilité des cellules au cours des expériences, ainsi que par les contraintes liées à l'étude de bactéries pathogènes.
Pour contourner ces difficultés, les chercheurs du
CEA-Irig/IBS ont utilisé des
vésicules de membrane externe (OMV), naturellement libérées par les bactéries résistantes. Ces vésicules, qui mesurent entre 20 et 250 nm, peuvent être séparées des bactéries par filtration. Elles contiennent notamment des
porines membranaires* — des passages privilégiés pour certaines molécules — ainsi que des enzymes capables de dégrader certains antibiotiques.
Cette approche constitue une méthode efficace pour identifier de nouveaux antibiotiques présentant des caractéristiques adaptées, notamment en termes de perméabilité de la membrane externe chez les bactéries Gram-négatives. Par ailleurs, les chercheurs ont démontré que ces OMV, produites par des souches résistantes, confèrent une protection à des colonies de bactéries sensibles. Elles favorisent en effet la dégradation des antibiotiques de type β-lactamines, et ce, en fonction de leurs propriétés de perméabilité.
© CEA-Irig/IBS/RMN/A. Razew
Figure : Utilisation des OMV produites par les bactéries résistantes aux β-lactamines pour mesurer la perméabilité de la membrane externe des bactéries Gram-négatives par spectroscopie RMN.
Dans cette étude, les chercheurs proposent de mesurer la pénétration des antibiotiques à travers la membrane externe des bactéries Gram-négatives en utilisant une méthode de spectroscopie par RMN, réalisée sur des échantillons de vésicules produites directement par les bactéries. Cette approche pourrait être appliquée à de nouveaux antibiotiques et permettre l'étude d'autres mécanismes de résistance.
Bactéries Gram-négatives* : bactéries (comme Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella) ayant une enveloppe qui possède deux membranes : une membrane interne et une membrane externe qui constitue une barrière contre de nombreuses substances, notamment certains antibiotiques.
RMN in cellulo*: Résonance magnétique nucléaire (RMN) qui permet d'étudier des molécules directement à l'intérieur de cellules vivantes, sans avoir à les extraire.
Porines membranaires* : protéines membranaires formant de petits canaux dans la membrane externe chez certaines bactéries.
(1) : Razew A, Herail Q, Miyachiro M, Anoyatis-Pelé C, Bougault C, Dessen A, Arthur M, Simorre JP. Monitoring Drug-Protein Interactions in the Bacterial Periplasm by Solution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. J Am Chem Soc. 2024 Apr 3;146(13):9252-9260.
doi: 10.1021/jacs.4c00604.
UMR : IBS (CNRS, CEA, UGA).
Financements : PIA PPR Atibioresistance « Naspec »
Collaborations : Sorbonne Université-ENS-PSL, Paris.