La résistance aux antibiotiques est le résultat inévitable de notre pression sélective sur la communauté microbienne Les progrès des techniques de biologie moléculaire au cours des dernières décennies nous ont permis d’améliorer considérablement notre compréhension des mécanismes par lesquels la résistance émerge et se dissémine parmi les bactéries pathogènes humaines. une variété d’éléments, y compris les plasmides, les transposons, les séquences d’insertion et les bactériophages, pour disséminer la résistance. La compréhension de ces mécanismes et de leur prévalence peut améliorer notre capacité à traiter les infections cliniques chez les patients hospitalisés, ainsi que prédire et contrôler la propagation. bactéries résistantes dans l’environnement nosocomial

Bill Gates et ses collègues ont rivalisé avec les régulateurs fédéraux en « regroupant » les produits logiciels Microsoft avec leur système d’exploitation, assurant ainsi une large utilisation et une familiarité avec leurs produits Cette stratégie d’emballage avec des achats prévus produits qui n’ont pas été commandés est utilisée par En combinant plusieurs déterminants de la résistance, ces pathogènes humains ingénieux favorisent la persistance et la dissémination d’un large éventail de gènes de résistance sous diverses pressions sélectivesLe problème croissant de la résistance aux antimicrobiens chez les bactéries pathogènes pour l’homme a des implications importantes pour la morbidité et la mortalité chez les patients hospitalisés et pour l’augmentation du coût de la prestation de soins médicaux à nos citoyens Les premiers modèles de propagation interpersonnelle de bactéries clonales exprimant un seul déterminant de la résistance ont cédé la place ces dernières années à des flambées polyclonales et multirésistantes bacte Ces observations suggèrent la capacité des bactéries à se concentrer et à échanger des déterminants importants de la résistance aux antimicrobiens. Dans cet article, je vais donner un aperçu des mécanismes par lesquels les bactéries gram-positives assemblent et disséminent les déterminants de la résistance aux antimicrobiens. Avoir des stratégies de traitement pour les patients infectés La discussion des éléments mobiles doit utiliser une terminologie de bio-logie moléculaire qui n’est pas toujours familière au clinicien. Afin d’essayer de résoudre la confusion qui peut résulter de l’utilisation de ces termes, j’ai inclus un tableau de définitions pour les termes utilisés dans ce tableau de l’article Nous espérons que ce tableau fournira une référence facile pour comprendre le texte de cet article

Vue de la table largeTélécharger la diapositiveDéfinitions des termes utilisés dans cet articleTable View largeTélécharger la diapositiveDéfinitions des termes utilisés dans cet article

Pourquoi devrions-nous nous soucier des mécanismes par lesquels transfert de gènes de résistance

La capacité de prédire les liens de différents déterminants de la résistance Un traitement empirique approprié des maladies infectieuses suppose la capacité de prédire la susceptibilité antimicrobienne des pathogènes probables Connaître la probabilité que différents déterminants de la résistance occuperont le même élément transférable peut aider à éviter l’utilisation d’antibiotiques inefficaces Étant donné que tous les phénotypes de résistance ne sont pas détectables dans le même laps de temps, la connaissance des fondements génétiques de la transmission peut éviter des choix thérapeutiques inefficaces. Par exemple, la production de β-lactamase dans les entérocoques est généralement codée par le plasmide. résistance élevée à la gentamicine Le test de la β-lactamase utilisé dans les laboratoires cliniques est basé sur un changement de couleur de la céphalosporine nitrocefin chromogène qui prend des minutes à interpréter En revanche, la détermination de la résistance à la Chez une souche entérococcique, la β-lactamase peut être utilisée pour prédire la résistance à la gentamicine et, par conséquent, éviter l’administration d’une thérapie potentiellement toxique et inefficace. Comprendre les pressions coélectives L’association presque universelle de la résistance à la vancomycine est une des associations les plus curieuses. Dans certaines zones géographiques, cette association s’explique par l’intégration d’un transposon de VanB dans un élément mobile plus large qui code la résistance à l’ampicilline de la protéine liée à la pénicilline Une association clinique curieuse On a observé à maintes reprises que, entre l’utilisation de céphalosporines à spectre étendu et le risque accru d’infection et de colonisation par des entérocoques résistants à la vancomycine, il y a peu de raisons de croire que les céphalosporines choisissent spécifiquement la résistance à la vancomycine. avant l’ère de VRE qui a étendu-spectru Par conséquent, l’explication la plus probable de l’association entre la céphalosporine et l’ERV est l’association entre la résistance à la vancomycine et la résistance à l’ampicillinePrévention de phénotypes de résistance qui ne peuvent être détectés de manière fiable en utilisant des techniques phénotypiques Le transposon Tn confère une résistance à l’érythromycine chez les entérocoques et autres streptocoques par l’expression du gène ermAM En Tn, l’expression de l’ermAM est inductible en exposant les cellules à l’érythromycine Une fois exprimée, l’ermAM confère également une résistance à la clindamycine. Des mutations contenant de la Tn peuvent donc apparaître sensibles à la clindamycine in vitro. Une mutation de l’expression constitutive se produit cependant, entraînant une résistance à la clindamycine. En conséquence, si l’on suspecte une résistance à l’érythromycine induite par Tn, l’utilisation de la clindamycine doit être évitée. résultats in vitro suggèrent Des mesures rigoureuses de contrôle des infections, telles que l’isolement des patients, l’utilisation de gants et de gants par les personnes entrant en contact avec les patients et les cultures de surveillance pour identifier les porteurs de bactéries résistantes, se sont avérées efficaces pour contrôler la propagation des infections. Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline en milieu hospitalier L’analyse moléculaire des souches de S aureus méthicillinorésistantes suggère que leur dissémination est clonale et que le déterminant qui confère cette résistance au mecA est rarement ou jamais transférable à d’autres staphylocoques. Les analyses moléculaires des souches isolées dans ces foyers ont confirmé la présence de déterminants de la résistance à la vancomycine dans un grand nombre de souches différentes d’ERV, ce qui est confirmé par la transférabilité des VRE. déterminants de l’entéroc Récipients occaux in vitro Dans le même temps, des études ont suggéré que la réduction de la pression sélective des antibiotiques, en particulier avec les céphalosporines à spectre étendu, pourrait avoir un impact significatif sur la prévalence des ERV Comprendre la transmissibilité des différents déterminants de résistance. des stratégies et peut-être même préserver des ressources rares en prédisant le succès probable d’une stratégie donnée pour contrôler certains types de résistance. En résumé, en ce qui concerne les micro-organismes, la connaissance est un pouvoir. de la dynamite et maximisé la possibilité d’un effondrement contrôlé, alors une connaissance approfondie de la structure du bâtiment serait essentielle à notre succès De même, la probabilité que nous réussirons à traiter les infections cliniques sera renforcée si nos stratégies de traitement sont informés par une connaissance détaillée des causes bactériennes de l’infection étant ted

Mécanismes de stockage des gènes de résistance dans les bactéries Gram-positives

Chez les bactéries gram-négatives, les régions connues sous le nom d’intégrons semblent être des mécanismes importants pour concentrer les gènes de résistance Bien que les structures de type intégron aient été récemment décrites chez les entérocoques, la capacité à concentrer plusieurs déterminants de résistance dans une région génétique mobile circonscrite. le mécanisme le plus courant pour concentrer les gènes de résistance dans des genres de bactéries gram-positives semble être l’utilisation de séquences d’insertion et de transposons. Un exemple particulièrement illustratif de ce phénomène est Tn, une unité chromosomique transférable trouvée dans certaines souches d’Enterococcus faecalis Cet élément mobile a été décrit pour la première fois dans des souches de E faecalis isolées lors d’une épidémie d’entérocoques producteurs de β-lactamase à l’hôpital pour enfants de Boston La reconnaissance initiale que les gènes de β-lactamase dans ces souches étaient codés chromosomiquement mais transférable conduit à un e plus détaillée La xamination de l’élément transférable Tn est un élément qui est ~ kilo-bases kb dont les extrémités sont des copies directement répétées de la séquence d’insertion IS IS se retrouve fréquemment dans les entérocoques, souvent intégrés dans ou à proximité du transposon de résistance à la vancomycine IS gauche de Tn flancs un cadre de lecture ouvert avec% identité à un cadre de lecture ouvert de pSM isolé à partir d’une souche de Streptococcus pyogenes, suggérant que cette région a été éventuellement dérivée de cette espèce À droite de ce cadre de lecture ouvert est le gène aadE, qui code pour une résistance élevée à la streptomycine Sm sur la figure A droite du gène aadE est Tn, un transposon conjugatif presque identique à Tn le prototype de ce type de transposon Les transposons conjugués sont fréquents chez les entérocoques et dans les espèces streptococciques et présentent une gamme d’hôtes très large dans les accouplements de laboratoire

, région de mobilisation similaire à celle trouvée sur de petits plasmides staphylococciques; Sm, gène de résistance à la streptomycine aadE; Tc, tetM déterminant de résistance à la tetracycline-minocycline dans Tn; Tn-del, région contenant une version de Tn dans laquelle les gènes de transposition ont été supprimés A droite de Tn dans Tn se trouve une troisième copie de IS A droite de cette IS se trouvent des séquences% identiques au gène relaxase du petit, potentiellement mobilisé Le plasmide staphylococcique pS Mob sur la figure, suggérant que cette copie de IS avait induit une cointégration entre les plasmides streptococciques et staphylococciques A droite des séquences staphylococciques dans Tn se trouve une structure indiscernable de Tn, un transposon composite de résistance à la gentamicine qui est composé du gène de résistance aux aminoglycosides bifonctionnel aac -‘-aph- « flanqué de copies inversées de transposons de type IS Tn, bien que décrits pour la première fois chez S aureus, ont été largement répandus chez les espèces staphylococciques et streptococciques. interrompt des séquences identiques à la région de réplication du plasmide à large gamme d’hôtes pAMβ décrit à l’origine dans les entérocoques, qui lui-même a été interrompu traité par un dérivé de délétion du transposon de résistance à l’érythromycine entérococcique Tn On prédisait que cette région de réplication serait non fonctionnelle, puisque la région connue pour être l’origine de la réplication de pAMβ a été supprimée par l’insertion de IS à droite du les séquences répétées directement de l’élément de séquence d’insertion staphylococcique IS encadrant un opéron de résistance au mercure Mer sur la figure A droite des secondes séquences de copies de copies identiques à celles trouvées sur des plasmides de β-lactamases staphylococciques, y compris une version de la β transposon -lactamase Tn Bla sur la figure dont le gène régulateur a été inséré par une copie de IS Bien qu’il ne soit pas possible de reconstruire précisément les événements qui ont conduit à la formation de Tn, sa structure suggère des possibilités alléchantes. les acteurs de cette évolution sont très probablement pAMβ le plasmide à large spectre d’hôtes et IS On peut envisager la variante IS de pA Mβ passant d’une Enterococcus à une souche S pyogenes et co-intégrant avec un plasmide streptococcique contenant aadE et Tn par l’action de IS. Ce plasmide composite pourrait alors s’être déplacé dans S aureus, où de nouveau IS intervient dans la cointégration du plasmide à base de pAMβ. avec un petit plasmide mobilisable contenant du Tn Ce plasmide plus grand cointégre ensuite avec un plasmide β-lactamase staphylococcique La grande taille de ce plasmide composite serait probablement désavantageuse pour l’organisme, conduisant à la délétion de divers segments qui ne confèrent pas d’avantage sélectif. les délétions peuvent être facilement accomplies par le mouvement de l’une des séquences d’insertion internes.Peut-être, l’avantage sélectif conféré par les gènes de résistance leur a permis de survivre à ces différents « downsizings », puis une délétion médiée par l’IS. qui entraîne la perte non seulement des fonctions de transfert codées à l’origine par pAMβ bu Cette manœuvre finale nécessite une co-intégration avec un réplicon viable pour la survie, aboutissant à une intégration IS dans le chromosome bactérien, interrompant ce qui a été déduit pour être un gène de peroxyde d’hydrogène réductase et résultant en des copies directement répétées de l’EI. le résultat attendu d’une cointégration médiée par un élément d’une séquence d’insertion aux extrémités de l’élément intégré Évidemment, le scénario précédent ne représente qu’une des nombreuses voies qui aboutiraient à la version finale de Tn et ne devrait pas être considérée comme une déclaration de fait. Les souches de staphylocoques résistants à la méthicilline varient dans les régions de leurs chromosomes qui codent pour la résistance à la méthicilline, en fonction de la présence du plasmide intégré pUB et du positionnement de l’IS et du transposon de résistance à l’érythromycine Tn Streptococcus pneumoniae a été montré pour posséder Tn, qui est Dans E faecium, nous avons récemment décrit l’insertion d’un transposon codant pour VanB de type Tn, immédiatement en aval du gène pbp qui code pour un gène transposon de Tn. résistance à l’ampicilline Ces deux déterminants de la résistance sont transférables in vitro aux receveurs d’E faecium, bien que les mécanismes sous-jacents à ce transfert restent obscurs. En résumé, le stockage des gènes de résistance chez les bactéries Gram positif est principalement transposons et séquences d’insertion Les séquences d’insertion, grâce à leurs capacités de recombinaison et de transposition, sont particulièrement bien adaptées pour modifier les structures existantes d’une manière qui concentre les terminaisons de résistance aux antimicrobiens.

Mécanismes de transfert dans les bactéries à Gram positif

pGO, et ces gènes sont à leur tour flanqués de copies d’IS, suggérant un rôle très important pour cet élément d’insertion dans l’évolution de ces plasmides. Les gènes de conjugaison dans pGO sont répandus, en particulier dans les souches S aureus méthicillinorésistantes et coagulase négative. Les plasmides mobilisables non conjugatifs ont été mieux décrits chez S. aureus Ces plasmides contiennent généralement des gènes de relaxases qui leur permettent d’être mobilisés par des plasmides plus grands. En fait, la mobilisation du plasmide staphylococcique pC par pGO a été trouvée impliquer différents locus pC . En raison de leur petite taille, les plasmides mobilisables ne contribuent généralement pas à un seul gène de résistance aux antimicrobiens. Transposons conjugatifs Les transposons conjugatifs sont de grands éléments qui peuvent être transférés du chromosome du donneur au chromosome récepteur en l’absence de plasmide intermédiaire. tous les transposons conjugatifs typiques codent tetra La résistance à la cycline-minocycline avec le gène tetM Les exceptions à cette règle incluent les transposons conjugatifs contenant de la nisine et du saccharose trouvés dans Lactococcus lactis et les transposons Tn codant VanB récemment codés dans E faecium. Les transposons conjugués peuvent également s’intégrer dans les plasmides. des cellules au moyen de la machinerie de conjugaison plasmidique Deux aspects des transposons conjugatifs méritent d’être notés concernant leur implication dans l’échange de gènes. Le premier est que leur transfert in vitro s’est révélé renforcé dans plusieurs études par exposition aux tétracyclines La seconde est que le transfert conjugatif de Tn similaire à celui de Tn a été associé au transfert de locus chromosomiques non liés suggérant que le mécanisme de transfert de ces éléments peut impliquer quelque chose s’apparentant à un événement de « fusion cellulaire » En tant que tel, Des antibiotiques tels que la tétracycline peuvent stimuler le transfert de déterminants de la résistance en plus du déterminant de la tétracycline. La transduction médiée par bacteriophage a été postulée comme étant le principal mécanisme par lequel les gènes de la β-lactamase se sont répandus parmi les staphylocoques. Le fait que la plupart des plasmides producteurs de β-lactamase soient – kb dans En tant que telle, l’incorporation erronée du plasmide dans la transduction généralisée de la tête de bactériophage pourrait être facilitée. L’implication de la transduction dans le transfert d’autres déterminants de résistance n’est pas bien définie, mais ils ont été impliqués comme vecteurs pour la dissémination des déterminants de virulence Transformation La capacité à absorber l’ADN libre de l’environnement est relativement rare chez les espèces de bactéries gram-positives Une espèce très importante qui a utilisé cette technique pour devenir résistante est S pneumoniae pénicilline S pneumoniae résulte de l’absorption de la protéine liant la pénicilline On suppose que les streptocoques viridans morts et décomposés qui codent pour les protéines ayant une plus faible affinité pour la pénicilline que ceux codés par les gènes de la protéine de liaison à la pénicilline S pneumoniae sont présents dans l’environnement de l’oropharynx humain. avec les gènes de la protéine liant la pénicilline S pneumoniae Si la recombinaison aboutit à une protéine liant la pénicilline fonctionnelle, alors une sensibilité réduite aux résultats de la pénicilline Des mécanismes de transfert inexpliqués Il reste des exemples d’échange de gènes chromosome-chromosome pour lesquels les mécanismes n’ont pas été élucidés. comprennent le transfert de Tn décrit ci-dessus entre les souches E faecalis et le transfert de l’élément de résistance à la vancomycine et à l’ampicilline décrit dans E faecium Dans le cas de Tn, le transfert semble s’effectuer par au moins différents mécanismes, dont la recombinaison homologue entre donneur et receveur séquences chromosomiques [ ] Les structures et mécanismes de transfert nombreux et variés présentés par des éléments contenant des déterminants de résistance aux antimicrobiens, résumés dans la figure, montrent clairement que les notions strictes concernant les structures et leurs fonctions ne sont plus utiles. Les plasmides peuvent être répliqués indépendamment ou intégrés dans les chromosomes. peuvent être transférables par eux-mêmes, mobilisables ou non transférables du tout. Les déterminants de la résistance peuvent ne pas être transposables un jour mais facilement transposables le jour suivant en raison du positionnement stratégique d’un élément d’insertion ou de deux gènes chromosomiques peuvent être transférables. un plasmide intégré ou un transposon conjugatif ou même en l’absence d’incorporation dans un transposon s’il y a un transposon conjugatif présent ailleurs dans le génome En résumé, les génomes bactériens sont des structures plastiques, dynamiques, qui ont une richesse de ressources à utiliser pour répondre aux défis environnementaux

Figure Vue largeDownload slide Représentation schématique des mécanismes variés par lesquels les gènes de résistance peuvent être transférés entre bactéries Gram positif Les blocs ombrés représentent les barrières membranaires de la membrane cellulaire entre les cellules, et les ruptures de ces barrières représentent le résultat des mécanismes de conjugaison au cours du processus. transfert A, recombinaison homologue entre les chromosomes donneur et receveur généralement en présence d’un transposon conjugatif chez le donneur [voir texte]; B, transposition conjugative d’un transposon conjugatif de type Tn; C, intégration d’un transposon conjugatif dans un plasmide conjugatif; D, transfert d’un plasmide conjugatif codant pour un gène de résistance; E, mobilisation d’un plasmide non-conjugatif codant pour un gène de résistance par un plasmide conjugatif; F, intégration d’un transposon non-conjugatif dans un plasmide conjugatif; G, intégration d’un transposon non-conjugatif dans un plasmide non-conjugatif, suivie de la mobilisation du plasmide non-conjugatif par un plasmide conjugatif; Représentation schématique des mécanismes variés par lesquels les gènes de résistance peuvent être transférés entre bactéries Gram positif. Les blocs ombrés représentent les barrières membranaires de la paroi cellulaire et cytoplasmique entre les cellules, et les ruptures de la membrane cellulaire. ces barrières représentent le résultat des mécanismes de conjugaison au cours du processus de transfert A, la recombinaison homologue entre les chromosomes donneur et receveur généralement en présence d’un transposon conjugatif chez le donneur [voir texte]; B, transposition conjugative d’un transposon conjugatif de type Tn; C, intégration d’un transposon conjugatif dans un plasmide conjugatif; D, transfert d’un plasmide conjugatif codant pour un gène de résistance; E, mobilisation d’un plasmide non-conjugatif codant pour un gène de résistance par un plasmide conjugatif; F, intégration d’un transposon non-conjugatif dans un plasmide conjugatif; G, intégration d’un transposon non-conjugatif dans un plasmide non-conjugatif, suivie de la mobilisation du plasmide non-conjugatif par un plasmide conjugatif; H, intégration d’un plasmide non-conjugatif dans une transduction généralisée de tête de bactériophage

Implications pour le clinicien

La diversité des mécanismes de partage du matériel génétique entre les bactéries gram-positives rend manifestement évident que les stratégies visant à interrompre un mécanisme de transfert spécifique, si elles pouvaient être imaginées, n’auraient probablement pas d’impact significatif sur la prévalence des bactéries résistantes dans le L’appréciation de cette variation soulève deux questions importantes et intrigantes: pourquoi toutes les bactéries ne sont-elles pas multirésistantes et pourquoi certains organismes restent-ils très sensibles à certains antibiotiques malgré une pression sélective antimicrobienne exceptionnelle? Pourquoi la plupart des bactéries restent-elles sensibles? Il est raisonnable de supposer qu’il existe peu de données expérimentales pour soutenir que l’expression de gènes de résistance aux antimicrobiens ou la suppression active de gènes inductibles entraînent des coûts métaboliques pour l’organisme hôte. Par conséquent, dans un contexte où le déterminant de résistance ne confère pas un avantage sélectif c’est-à-dire en l’absence d’antibi pression sélective otique, sa perte pourrait être favorisée La présence d’éléments de séquence d’insertion, de plasmides et de transposons pourrait même faciliter la perte des déterminants de résistance dans ces conditions, puisque ces éléments mobiles peuvent induire la délétion ainsi que l’incorporation de segments d’ADN. cette perte est favorisée en l’absence de pression sélective ou que des souches plus sensibles et intrinsèquement «saines» prennent le relais dans un environnement sans antibiotique augmente l’importance d’une utilisation prudente des agents antimicrobiens tout au long de la chaîne alimentaire. Les connaissances moléculaires sur les mécanismes de résistance et de transfert de résistance nous ramènent à la même conclusion tirée de la reconnaissance des bactéries résistantes: l’utilisation parcimonieuse d’agents antimicrobiens est la meilleure défense contre la résistance. Observation que certains types de résistance n’apparaissent pas dans des genres pression sélective antimicrobienne suggère qu’il reste beaucoup à apprendre sur la propagation de la résistance aux antibiotiques. Par exemple, pourquoi la résistance à la pénicilline médiée par les β-lactamases n’est-elle jamais apparue chez S pneumoniae ou, en fait, chez aucun streptocoque? En dépit des inquiétudes initiales, l’acquisition des β-lactamases par Enterococcus est rare et s’accompagne presque toujours d’une délétion ou d’une inactivation des gènes régulateurs qui contrôlent l’expression de la β-lactamase Il est concevable que les entérocoques et, vraisemblablement, les streptocoques ne tolérer le mécanisme de régulation de la β-lactamase, qui implique un capteur transmembranaire et un répresseur cytoplasmique Par analogie, il est concevable que le défaut d’observer les déterminants de résistance à la vancomycine chez les staphylocoques représente une incapacité des staphylocoques à tolérer certains aspects du mécanisme de Résistance à la vancomycine Une chose est claire: des obstacles qui peuvent empêcher l’acquisitio n de déterminants de résistance spécifiques par certaines espèces ne sont pas des barrières à l’entrée, puisque la présence de gènes de résistance et de transposons identiques dans des genres disparates a été bien documentée. L’apparition de tout déterminant de résistance important dans une bactérie gram-positive devrait être alarme, au moins jusqu’à ce que suffisamment de temps se soit écoulé pour suggérer que le déterminant ne se répandra pas largement

Conclusion

Les bactéries multirésistantes ont évolué vers l’équivalent nosocomial du monopole moderne Pour répondre aux besoins des patients, nous devons utiliser des antibiotiques Le coût inévitable de l’utilisation des antimicrobiens est l’émergence et la propagation de la résistance aux antimicrobiens Malheureusement, les bactéries ont évolué d’une manière qui exclut tout En choisissant nos déterminants de résistance, les bactéries pathogènes humaines nous ont contraints à accepter la résistance selon leurs termes, termes qui nous sont souvent défavorables. structure pour forcer un dégroupement des déterminants de la résistance, notre meilleur espoir pour inverser cette tendance sera d’exercer une pression économique sévère sur les monopoleurs Autant que possible et compatible avec les soins médicaux de premier ordre des patients malades, nous devons affamer ces bactéries du sang qui favorise leur persistance – la pression sélective implacable exercée par l’abus d’antibiotiques