ANTIBIOTIQUES

ANTIBIOTIQUES

Selon la définition donnée par S. A. Waksman, en 1941, un antibiotique est une substance produite par un micro-organisme et qui a le pouvoir d’inhiber la croissance d’autres micro-organismes en solution diluée et même de les détruire.

L’antibiose est donc le fait que la prolifération d’une première espèce microbienne puisse être mise en échec par une seconde espèce. Celle-ci élabore à cet effet des substances nuisibles à l’égard de celle-là: ce sont les bio-antibiotiques, que l’on appelle maintenant antibiotiques tout court. Cette appellation risque de créer une confusion avec toute une série de produits ayant des propriétés antimicrobiennes et qui ne sont pas des antibiotiques au sens rigoureux du terme, comme par exemple: les produits antimicrobiens de synthèse, les antiseptiques et les désinfectants, les biocides utilisés dans l’industrie pour préserver des denrées fermentescibles, comme la pâte à papier, l’amidon, la gélatine, etc.

Il faut bien reconnaître cependant que cette confusion est d’autant plus courante que l’appellation antibiotique s’est beaucoup élargie et recouvre un grand nombre de produits de synthèse ou d’hémisynthèse qui n’ont plus rien à voir avec les produits naturels élaborés au cours du métabolisme de certains micro-organismes.

La notion d’antibiose fut exprimée clairement, pour la première fois, en 1877 par Pasteur et Joubert, lorsqu’ils constatèrent l’effet inhibiteur des bactéries saprophytes sur la croissance de Bacillus anthracis . Par la suite, plusieurs microbiologistes ont noté l’existence de compétition entre micro-organismes et proposé des applications thérapeutiques de ces phénomènes; cependant, ces recherches passionnantes restèrent sans grand écho.

Fleming lui-même, au cours d’une expérience demeurée célèbre, avait remarqué, dès 1929, que des cultures de Staphylococcus aureus présentaient des zones d’inhibition au contact de moisissures du genre Penicillium . Il pensa tout de suite, en accord avec les observations antérieures de ses collègues microbiologistes, que ce phénomène d’antibiose méritait une attention plus poussée. Cependant, malgré tous les efforts qu’il fit, il ne parvint pas à intéresser le monde scientifique et pharmaceutique à ce sujet et il fallut attendre encore dix ans avant que la pénicilline ne fît une percée décisive. Les premières applications de la pénicilline en thérapeutique humaine furent si spectaculaires que désormais le milieu médical était conquis. Rapidement, d’autres antibiotiques majeurs comme la streptomycine, la tétracycline, le chloramphénicol furent découverts et appliqués avec succès en l’espace de quelques années; ces découvertes devaient constituer une étape mémorable dans l’histoire de la thérapeutique et dans l’histoire tout court, puisque l’on considère que, grâce aux antibiotiques, la durée moyenne de vie de l’espèce humaine a été prolongée d’une dizaine d’années.

Ces succès remarquables dans le traitement de nombreuses maladies infectieuses, jadis réputées mortelles, comme la méningite, la fièvre typhoïde, la tuberculose, la syphilis, etc., de même que le traitement de nombreuses maladies aussi nocives que banales comme les angines sous leurs diverses formes, ont suscité un engouement considérable pour l’emploi des antibiotiques en thérapeutique, si bien que la vente des antibiotiques sur le marché pharmaceutique arrive en première place dans tous les pays ayant un niveau socio-culturel élevé. Pourtant la consommation abusive des antibiotiques contribue à en limiter l’efficacité en induisant des résistances microbiennes.

Mise en évidence de l’activité antibiotique

Deux techniques sont actuellement utilisées pour reconnaître l’activité antibiotique d’une substance chimique.

En premier lieu, la technique de dilution en milieu liquide permet de rechercher par des dilutions successives du produit à expérimenter la concentration minimale inhibitrice (C.M.I.) qui suffit à inhiber la croissance de diverses espèces microbiennes, dans des conditions expérimentales bien précises, normalisées en principe sous l’autorité d’institutions internationales comme l’Organisation mondiale de la santé. Une expérience de ce type aboutit à caractériser ce qu’on appelle communément le spectre antimicrobien d’un antibiotique, c’est-à-dire la liste des germes testés et les C.M.I. correspondantes. Selon les critères habituels (tabl. 1), les C.M.I. sont exprimées en microgrammes d’antibiotique par millilitre; un germe est considéré comme sensible lorsque la C.M.I. est de l’ordre de 0,01 à 1 猪g/ml, ce qui correspond, compte tenu de la masse moléculaire moyenne d’un antibiotique, à une concentration de l’ordre de 10-5 à 10-7 mole. La détermination des C.M.I. en milieu liquide renseigne sur le caractère bactériostatique ou bactéricide d’un antibiotique: inhibée par la C.M.I. d’antibiotiques puis maintenue à l’étuve, une culture reste stérile dans le cas d’un effet bactéricide; mais, en présence d’une concentration bactériostatique, la culture repart au bout d’un certain temps, par suite des mécanismes de défense mis en œuvre par les germes temporairement inhibés.

Selon une autre technique de titrage de l’activité antibiotique in vitro , on peut appliquer la méthode de diffusion en gélose ou méthode des disques: à la surface d’un milieu gélosé contenu dans des boîtes de Pétri, après ensemencement par le germe à étudier, on applique des rondelles (disques) de papier filtre stériles imprégnées des antibiotiques à tester, à des concentrations différentes d’un disque à l’autre. Les antibiotiques diffusent dans la gélose à partir des disques, de telle sorte qu’autour de chacun d’eux s’établit un gradient de concentration décroissant avec la distance par rapport au disque. Après 24 heures d’étuve, les disques apparaissent entourés d’une zone d’inhibition dont le diamètre permet de calculer la C.M.I., comparativement à un étalonnage effectué avec des antibiotiques connus (Duval, 1971).

Avant d’utiliser un antibiotique en clinique humaine, on ne saurait se contenter d’établir son spectre d’activité in vitro. Celui-ci doit être complété par une sérieuse expérimentation in vivo. La valeur thérapeutique du nouveau produit est mise à l’épreuve pour traiter diverses infections expérimentales provoquées chez des animaux de laboratoire avec des germes pathogènes tels que Staphylococcus aureus ou Escherichia coli. De plus, on doit vérifier que la tolérance du produit est bonne et qu’il n’a pas d’effet secondaire incompatible avec son emploi chez l’homme, ce qui amène à constituer un dossier toxicologique. Ces expériences sont effectuées par comparaison avec des antibiotiques de référence dont la valeur thérapeutique et la toxicité sont connues.

Valeur thérapeutique

La plupart des espèces bactériennes infectieuses, qui paraissaient redoutables à nos ancêtres et jusqu’en 1940, sont maintenant neutralisées par l’un ou l’autre des antibiotiques majeurs qui constituent l’arsenal thérapeutique actuel.

Les antibiotiques agissent comme inhibiteurs des systèmes biochimiques indispensables à la vie et à la reproduction des cellules. Leur valeur thérapeutique dépend donc de leur activité nocive à l’égard des seuls microbes et de leur innocuité relative à l’égard de l’organisme hôte.

À titre d’exemple, un bon antibiotique classique à large spectre et bien toléré, comme l’ampicilline, pénicilline d’hémisynthèse, est administré par voie buccale dans les cas moyennement sévères, à la dose de 2 à 4 grammes par jour, divisée en portions égales, consommées toutes les six heures. Pour les cas sévères, il est préférable d’administrer le produit par voie parentérale, à des doses de 4 à 8 grammes par jour; le traitement de la méningite nécessite de fortes doses (de 150 à 200 mg par kilo et par jour) administrées par voie parentérale.

Malgré les efforts et les succès de l’antibiothérapie à l’échelle mondiale, la victoire n’est pas totale, de telle sorte que le chercheur et le clinicien doivent rester sur le qui-vive, car trois sortes de problèmes demeurent.

Les antibiotiques agissent seulement sur les germes pathogènes qui se développent à l’extérieur des cellules du malade, d’où leur inefficacité contre les parasites endocellulaires (protozoaires ou virus). Il est donc inutile de traiter par les antibiotiques des patients dont la maladie est reconnue d’origine virale, comme la grippe, à moins que l’on ne redoute des surinfections microbiennes.

Comme tous les médicaments, ils déclenchent maints effets secondaires qui en limitent l’emploi: réactions d’hypersensibilité à la pénicilline, néphrotoxicité et audiotoxicité de la streptomycine et des molécules de la même série, agranulocytose causée par le chloramphénicol, accidents cardiaques causés par la rubidomycine, déséquilibre ionique causé par la tétracycline, perturbation de la flore intestinale par tous les antibiotiques absorbés par voie buccale.

De plus, la valeur thérapeutique des antibiotiques s’affaiblit, par suite de l’apparition de souches microbiennes mutantes, résistantes. Ces souches élaborent un ou plusieurs facteurs de résistance, généralement sous la forme d’enzymes qui inactivent les antibiotiques.

L’usage intempestif des antibiotiques soit en thérapeutique humaine, soit comme additifs alimentaires pour le bétail, a malheureusement beaucoup contribué à l’apparition et au développement des résistances.

En ce qui concerne ce dernier point, on a constaté, en effet, pratiquement depuis le début de l’ère des antibiotiques, que l’utilisation de ceux-ci comme additifs dans l’alimentation du bétail avait un effet remarquable sur la santé et sur la prise de poids des animaux: on s’est donc mis à «bourrer» les animaux d’antibiotiques, jusqu’au jour où l’on a constaté les résultats funestes de cette pratique; les conséquences les plus graves ont été les suivantes:

– réactions d’hypersensibilité chez des personnes qui consommaient de la viande ou du lait contenant des antibiotiques, notamment la pénicilline;

– apparition de souches microbiennes résistantes aux antibiotiques administrés aux animaux.

La réglementation, plus ou moins restrictive selon les pays, de l’utilisation des antibiotiques à des fins nutritionnelles aux animaux d’élevage n’a pas vraiment permis – la fraude aidant – à résoudre le problème des additifs médicamenteux considérés comme nuisibles pour les consommateurs (cf. comportement ALIMENTAIRE - Hygiène alimentaire).

Description des principales séries

Antibiotiques naturels

Lorsque furent connus les effets remarquables de la pénicilline, les chercheurs du monde entier se mirent à inventorier les souches microbiennes susceptibles de produire d’autres antibiotiques. Une vaste prospection commença alors et fut couronnée de succès puisque nombre d’antibiotiques majeurs devaient se développer entre 1940 et 1950.

Il est difficile de rationaliser la nomenclature des antibiotiques en tant qu’espèces moléculaires, compte tenu de leur très grande diversité; cependant il est possible d’inventorier parmi les antibiotiques majeurs les catégories suivantes (tabl. 2):

– les dérivés d’un seul aminoacide: ce sont des analogues de structure d’aminoacides connus (cyclosérine, O-carbamyl-sérine, chloramphénicol);

– les dérivés de deux aminoacides: pénicillines, céphalosporines;

– les polypeptides: bacitracines, polymyxines, tyrocidines; certains de ces antibiotiques, comportant à la fois des liaisons amide et des liaisons ester, sont dits depsipeptides (par exemple, la valinomycine); ces polypeptides ne sont pas des antibiotiques majeurs quant à leurs applications thérapeutiques, mais ils fournissent des informations importantes sur le fonctionnement des biomembranes;

– les analogues de structure voisins de nucléosides bien connus comme l’uridine, l’adénosine, la cytidine; dans cette série on doit mentionner la puromycine, la tubercidine, la décoyinine, la psicofuranine, la cordicépine, la nébularine; un nucléoside analogue de structure destiné à un grand avenir en chimiothérapie antivirale, l’adénine arabinoside, a d’abord été fabriqué par synthèse avant d’être trouvé à l’état naturel sous forme d’un nucléoside «inconnu» dans des cultures d’une souche de Streptomyces antibioticus ;

– les oligosaccharides aminés ou aminoglycosides; ces composés sont définis comme suit: «un aminoglycoside est un composé dans lequel un sucre aminé est lié par une liaison glycosidique à un autre fragment pouvant avoir une structure très variée»; en fait, cette définition très élastique recouvre un grand nombre d’antibiotiques appartenant à des classes diverses; si on sélectionne ceux qui ont un caractère majeur par leurs applications thérapeutiques, cette pluralité se ramène à quelques noms bien connus: streptomycine, néomycine, kanamycine, gentamicine, amikacine, sisomycine;

– les structures comportant des systèmes polyéniques conjugués: nystatine, amphotéricine 隣; ces antibiotiques sont surtout remarquables pour leurs propriétés antifongiques;

– les macrolides: on désigne par ce nom des structures lactoniques macrocycliques pouvant comporter plusieurs substituants sur leur cycle: érythromycine, oléandomycine, spiramycine, carbomycine, etc.;

– les composés comportant des cycles ou des hétérocycles divers plus ou moins complexes: actinomycines , comportant un noyau apparenté à la phénoxazine et divers substituants, notamment deux chaînes polypeptidiques cycliques identiques de cinq aminoacides; ansamycines , comportant au centre un noyau naphtalène entouré d’une très longue chaîne portant elle-même de nombreux substituants; anthracyclines , comportant un chromophore du type tétrahydrotétracenquinone: daunomycine, nogalamycine; cycloheximide ou actidione, dérivé du cyclohexane et de la glutarimide; griséofulvine , dérivé complexe du cyclohexène; novobiocine , dérivé comportant, d’une part, un cycle du type coumarine et, d’autre part, un cycle apparenté à l’acide p -hydroxybenzoïque; tétracyclines : ce sont des structures à quatre cycles dérivées de naphtacène carboxamide.

Antibiotiques de synthèse

Par suite de la grande complexité de la plupart de ces molécules, la détermination des structures chimiques et a fortiori la synthèse totale des antibiotiques furent de grandes prouesses de la part des chimistes. En fait, le premier antibiotique majeur produit de façon rentable par synthèse totale est le chloramphénicol. Tous les autres sont produits par fermentation ou par hémisynthèse.

L’hémisynthèse consiste à utiliser une molécule naturelle comme point de départ et à effectuer sur celle-ci des modifications artificielles en vue d’obtenir des dérivés ayant des performances accrues par rapport à la molécule de départ: à titre d’exemple, la pénicilline G, isolée grâce aux travaux de Fleming, Chain et Florey, est toujours utilisée, mais on a pu préparer par hémisynthèse un grand nombre de dérivés, dont certains, comme l’ampicilline, présentent l’avantage sur la pénicilline G d’être utilisables facilement par voie buccale et d’avoir un plus large spectre antibactérien.

Puisque, dans le domaine de l’antibiothérapie, on doit se tenir toujours en alerte en ce qui concerne l’apparition de souches pathogènes résistantes aux antibiotiques traditionnels, les travaux d’hémisynthèse ont pour but de fournir sans cesse de nouveaux produits pour remplacer ceux qui sont devenus inactifs du fait des résistances opposées par certains micro-organismes ou ceux qui ont montré, à la longue, des effets secondaires indésirables.

L’industrie des antibiotiques

L’immense intérêt thérapeutique des antibiotiques a rapidement nécessité la mise au point de techniques industrielles de production; de fait, la consommation mondiale des antibiotiques s’évalue en milliers de tonnes;
on a dû mettre au point des techniques industrielles de fabrication pour satisfaire une telle demande.

Au début, la fabrication des antibiotiques utilisait des méthodes artisanales qui consistaient à cultiver les germes producteurs sur des milieux liquides dans des fioles de Roux. Le coût de telles productions était évidemment considérable du fait de la manutention compliquée mise en jeu. Par la suite, et rapidement, la culture des souches productrices dans des fermenteurs industriels s’est perfectionnée et, à l’heure actuelle, une unité productrice d’antibiotiques, de même que toute autre fermentation industrielle, est un ensemble impressionnant de fermenteurs de 50 à 200 mètres cubes, occupant des hauteurs de deux ou trois étages. L’alimentation par des substances nutritives, l’introduction d’air stérile, la régulation thermique, le contrôle du pH se font de façon entièrement automatique. À la fin du cycle de fermentation, l’antibiotique produit doit être extrait du milieu de culture par des opérations industrielles également automatisées: filtration, extraction par adsorption sur des résines échangeuses d’ions, extraction par des solvants.

Compte tenu des impératifs que doit présenter un produit naturel antimicrobien pour acquérir une place importante dans la thérapeutique: large spectre, absence d’effets secondaires, production rentable, donc prix de revient raisonnable, un petit nombre seulement d’antibiotiques se maintiennent à un niveau élevé de consommation et de performances et sont dits de ce fait antibiotiques majeurs. Sur une cinquantaine d’antibiotiques utilisés à l’échelle internationale, une dizaine de familles se dégagent nettement; ce sont, par ordre alphabétique: aminoglycosides, bacitracine, céphalosporines, chloramphénicol, cyclines, érythromycine, pénicillines, polymyxine E ou colistine, rifampicine.

Si l’on considère les possibilités offertes par ces séries dans le développement de produits d’hémisynthèse, il apparaît très nettement, au vu des travaux des congrès internationaux de pharmacologie, que deux séries seulement sont l’objet de travaux intensifs: la série des 廓-lactamines (pénicillines et surtout céphalosporines) et la série des aminoglycosides.

Cela ne signifie pas que des produits comme la tétracycline et l’érythromycine ne présentent plus d’intérêt (ils sont encore très largement prescrits), mais que les efforts de recherche de nouvelles molécules actives dans ces séries ne suscitent pas énormément d’investissement intellectuel et financier: la manipulation moléculaire en est trop difficile pour justifier un tel investissement.

Un petit nombre de chercheurs s’efforcent cependant de découvrir dans la nature des souches microbiennes productrices de nouveaux antibiotiques. En général ces produits ne sont pas destinés à un grand avenir du fait de l’étroitesse de leur spectre antimicrobien, ou de leurs effets secondaires incompatibles avec une application clinique importante. Ils peuvent, cependant, être le point de départ de produits d’hémisynthèse nettement améliorés par rapport aux produits naturels. C’est ainsi qu’un antibiotique apparenté à la série des céphalosporines, la céfoxitine, fut présenté, à l’orée des années 1980, comme un agent antimicrobien dont le spectre a été élargi et la sécurité d’emploi augmentée par rapport aux médicaments de la même série. Ainsi, la céfoxitine est active sur les germe Gram + et Gram 漣, aérobies et anaérobies; elle est active à la fois sur les infections simples et les infections dues à des germes multiples.

La récapitulation d’une tranche de résultats portant sur le traitement clinique de diverses infections, notamment du tractus respiratoire, du tractus urinaire et du tractus génital, montre que, sur 425 malades traités par voie intraveineuse, 92 p. 100 bénéficiaient d’une réponse clinique favorable.

L’histoire de cet antibiotique est instructive pour démontrer que la promotion d’un médicament majeur suppose une énorme infrastructure et les investissements correspondants. Douze ans de recherches ont été nécessaires avant qu’un début de succès clinique soit obtenu avec la céfoxitine: il a fallu plus de cent séries de traitements conduits au sein de quatre-vingt-cinq centres hospitaliers, dans vingt nations de par le monde, et la mise en traitement de plus de 2 200 malades. Avant qu’il soit diffusé dans le public et que son succès intervienne, plus de cinq années auront été nécessaires.

Mécanisme d’action

L’intérêt des antibiotiques s’est manifesté non seulement en thérapeutique, mais aussi en biologie moléculaire, où leur apport a été considérable. Peu de médicaments ont été aussi étudiés quant à leur mécanisme d’action: les biologistes ont l’avantage, au cours de ces investigations, de connaître, dès le départ, la cellule cible du médicament. De plus, ils peuvent étudier à chaque instant les effets qu’exerce l’antibiotique sur la biologie de la cellule cible.

Les antibiotiques ont fourni des informations capitales dans les domaines principaux de la biologie moléculaire où ils ont servi à étudier:

– le mode de formation des parois cellulaires mucopolysaccharidiques, grâce à la série des 廓-lactamines (pénicillines-céphalosporines); – les transports d’ions à travers les membranes cytoplasmiques lipoprotéiques, grâce aux antibiotiques polypeptidiques cycliques ionophores, comme la valinomycine;

– la duplication de l’ADN, que bloquent les antibiotiques intercalaires (actinomycine, daunomycine);

– la transcription ADN-ARN, qu’inhibent les ansamycines;

– le cycle des ribosomes et la biosynthèse des protéines, que perturbent les aminoglycosides, les tétracyclines, les macrolides;

– l’inhibition de l’une ou l’autre des étapes de la chaîne respiratoire par divers antibiotiques (oligomycine, rutamycine, aurovertine).

Résistance bactérienne aux antibiotiques

La connaissance du mode d’action des antibiotiques est nécessaire à la compréhension des mécanismes de résistance. Schématiquement, on peut considérer que les antibiotiques interagissent avec les bactéries au niveau de cibles qui sont spécifiques soit d’un antibiotique, soit d’une famille d’antibiotiques. L’interaction de l’antibiotique avec sa cible a pour effet de perturber la formation des enveloppes cellulaires (paroi, membrane cytoplasmique) ou encore d’inhiber certains processus métaboliques bactériens (synthèse des protéines, synthèse des acides nucléiques). Le mode d’action des antibiotiques est donc différent de celui des antiseptiques qui agissent globalement sur les différentes structures cellulaires par un effet physico-chimique non spécifique. La liste des cibles moléculaires spécifiques pour les principaux antibiotiques figure dans le tableau 3.

Les résistances bactériennes aux antibiotiques peuvent être naturelles ou acquises. La résistance naturelle est un caractère présent chez toutes les souches appartenant à la même espèce. On peut citer, à titre d’exemple, les résistances naturelles des entérobactéries et de Pseudomonas aux macrolides, des bactéries à Gram 漣 à la pénicilline et à la vancomycine, des bactéries à Gram + à la colimycine, et des streptocoques aux aminosides. Ce type de résistance est détecté dès les premières études réalisées afin de déterminer l’activité d’un antibiotique et contribue à définir son spectre antibactérien. La résistance bactérienne acquise n’apparaît que chez quelques souches d’une espèce donnée normalement sensible. Elle résulte de l’emploi thérapeutique des antibiotiques et elle est due soit à une mutation chromosomique, soit à l’acquisition d’un (ou de plusieurs) gène(s) qui rend(ent) la bactérie insensible à l’antibiotique.

Résistance par mutation chromosomique

La résistance bactérienne par mutation chromosomique est la conséquence d’un changement de structures cellulaires existantes qui rend la cellule imperméable à un ou plusieurs antibiotiques ou encore rend leurs cibles spécifiques pariétales (protéines liant la pénicilline, par exemple) ou intracellulaires (ARN polymérase, ADN gyrase, ribosomes...) indifférentes à la présence du ou des antibiotiques. Ce type de résistance, qui ne concerne qu’un faible pourcentage (de 10 à 20 p. 100) des souches pathogènes isolées en clinique, est observé surtout après l’emploi de la streptomycine, de la rifampicine, de l’acide fusidique, de la fosfomycine et des quinolones. Les mutations chromosomiques apparaissent spontanément avec des fréquences de l’ordre de 10-6 à 10-9 selon les bactéries et les caractères considérés. L’antibiotique n’est pas directement mutagène, mais il sélectionne les rares mutants résistants au sein de la population bactérienne sensible. Ces mutations sont stables (les fréquences de réversion sont équivalentes à celles des mutations) et héréditaires, mais non transmissibles en dehors de la progénie. On a longtemps pensé qu’une mutation chromosomique ne pouvait être responsable de la résistance qu’à un ou plusieurs antibiotiques appartenant à la même famille. La probabilité d’obtenir en une étape des bactéries résistantes à deux antibiotiques (double mutant) étant égale au produit des probabilités d’apparition de chacune des mutations considérées indépendamment, la pratique d’une biantibiothérapie ou d’une triantibiothérapie (éthambutol, isoniazide et rifampicine dans le cas de la tuberculose, par exemple) semblait pouvoir prévenir l’émergence de mutants résistants. En fait, des germes multirésistants aux antibiotiques par mutation chromosomique sont isolés de plus en plus fréquemment en clinique, en particulier chez Klebsiella pneumoniae , Enterobacter et Serratia (acide nalidixique, chloramphénicol, triméthoprime) et chez diverses espèces de Serratia (aminosides et 廓-lactamines). Ces mutations, qui affectent la structure de la paroi chez Pseudomonas ou celle des protéines (porines) permettant le passage transpariétal chez Serratia et Klebsiella , entraînent une imperméabilité de la cellule bactérienne avec, pour conséquence, une corésistance aux antibiotiques précités. L’émergence de tels mutants, d’emblée insensibles à plusieurs familles d’antibiotiques, pourrait poser dans le futur un réel problème thérapeutique. Il est également important de mentionner certaines mutations chez Acinetobacter, Citrobacter, Enterobacter, Serratia, Proteus et Pseudomonas dont la conséquence est une hyperproduction de céphalosporinase, enzyme dont le gène est naturellement présent dans le chromosome de ces différentes espèces. La production accrue de cette enzyme, capable d’hydrolyser certaines céphalosporines, se traduit par une élévation considérable du niveau de la résistance naturelle de ces bactéries à ces antibiotiques.

Résistance par acquisition de gènes

Les gènes de résistance aux antibiotiques sont fréquemment situés sur des vecteurs constitués d’ADN, les plasmides , qui sont transmis par conjugaison, par transduction, ou encore par transformation d’une bactérie à une autre, qu’elle soit de la même espèce, d’une espèce différente ou même d’un genre bactérien différent [cf. PARASEXUALITÉ ET CIRCULATION GÉNÉTIQUE]. Ces transferts plasmidiques expliquent la facilité avec laquelle ces résistances acquises, par opposition aux mutations chromosomiques, peuvent être disséminées dans le monde bactérien et poser de très difficiles problèmes thérapeutiques. Par ailleurs, il a clairement été montré qu’un ou plusieurs plasmides de résistance pouvaient déterminer, chez un même hôte, la résistance jusqu’à parfois cinq ou six familles d’antibiotiques. Les plasmides de résistance ont été trouvés dans toutes les espèces où ils ont été recherchés à l’exception de Streptococcus pneumoniae . De fait, la résistance par acquisition de gènes concerne la quasi-totalité des antibiotiques et correspond à la majorité des cas isolés en clinique. Les rares antibiotiques pour lesquels aucune résistance par acquisition d’information génétique n’a été détectée sont les quinolones, les furanes, la novobiocine, les polypeptides (bacitracine, colistine, polymixine B), la rifampicine et les glycopeptides (teicoplanine et vancomycine).

La résistance bactérienne par acquisition d’information génétique exogène est généralement due à la synthèse de protéines nouvelles. Ces protéines peuvent conférer la résistance au nouvel hôte de diverses façons:

– en diminuant la concentration intracellulaire de l’antibiotique: il en est ainsi de la résistance aux tétracyclines, car les bactéries résistantes ont acquis un gène dont le produit est une protéine membranaire qui refoule activement l’antibiotique hors de la bactérie;

– en inactivant (détoxifiant) l’antibiotique: l’inactivation se traduit par la perte d’affinité de l’antibiotique pour sa cible; c’est le mécanisme le plus répandu dans la nature; l’inactivation peut être extra- ou intra-cellulaire; ainsi, les pénicillines et le chloramphénicol sont inactivés dans le milieu de culture par des enzymes excrétées hors de la bactérie; les aminosides, en revanche, sont inactivés dans le cytoplasme de la bactérie par des enzymes qui demeurent intracellulaires;

– en modifiant la cible de l’antibiotique: il en est ainsi de la résistance aux macrolides où l’ARN ribosomal, cible de ces molécules, est modifié par une enzyme et perd son affinité pour l’antibiotique;

– en substituant une cible insensible à celle, sensible, normalement présente dans la bactérie (c’est-à-dire mise en place d’une dérivation métabolique). La particularité de ce dernier mode de résistance est la présence, dans la même bactérie, de deux enzymes catalysant la même réaction (isoenzymes ou alloenzymes), l’une sensible et l’autre résistante à l’antibiotique. La cellule bactérienne devient donc diploïde (possédant deux informations génétiques) pour le même caractère. Pour que la résistance soit observée, il est indispensable que le gène codant pour une enzyme sensible soit récessif par rapport au gène codant pour une enzyme résistante à l’effet inhibiteur de l’antibiotique. C’est le cas, notamment, des gènes de résistance aux sulfamides et au triméthoprime qui sont des antibiotiques inhibiteurs respectivement des dihydroptéroates synthétases et des dihydrofolates réductases bactériennes, enzymes impliquées dans la biosynthèse d’un acide nucléique, la thymine. En revanche, dans le cas de l’ADN gyrase et l’ARN polymérase, le gène codant pour l’enzyme sensible est dominant par rapport à son allèle muté codant pour une enzyme résistante. C’est vraisemblablement pour cette raison qu’aucune résistance par acquisition de gène spécifiant une ADN gyrase ou une ARN polymérase résistant respectivement aux quinolones ou à la rifampicine n’a encore jamais été détectée.

Des gènes conférant des phénotypes de résistance nouveaux sont régulièrement mis en évidence. Cette évolution qualitative de la résistance est souvent la conséquence de l’utilisation d’un nouvel antibiotique, ou du nouvel usage thérapeutique d’un vieil antibiotique. Dans certains cas, l’émergence des nouveaux types de résistance est la conséquence de mutation(s) ponctuelle(s) qui modifie(nt) un gène de résistance déjà connu. Ainsi, les gènes de structure de certaines 廓-lactamases susceptibles d’hydrolyser les céphalosporines dérivent par mutations d’un gène codant pour une enzyme dont la spécificité est restreinte aux pénicillines. Ces mutations ont entraîné un élargissement du spectre de l’enzyme qui possède maintenant une double activité, pénicillinase et céphalosporinase.

Encyclopédie Universelle. 2012.

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