Une exposition à faible dose aux antibiotiques peut avoir des impacts majeurs sur les bactéries intestinales

Un antibiotique que l'on trouve couramment à de faibles concentrations dans l'environnement peut avoir des impacts majeurs sur les bactéries intestinales, rapportent des chercheurs de l'Université de l'Oregon.

L'étude, publié cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , appliqué la microscopie tridimensionnelle à des poissons zèbres presque transparents pour montrer comment de faibles niveaux d'antibiotiques induisent des changements structurels dans les communautés bactériennes intestinales qui provoquent de fortes baisses des populations bactériennes.

De faibles niveaux d'antibiotiques sont souvent trouvés comme contaminants environnementaux, par exemple d'une utilisation répandue dans l'élevage du bétail. Il est connu que des antibiotiques faibles peuvent altérer considérablement le microbiome intestinal humain, mais pourquoi cela se produit a été un mystère.

Raghuveer Parthasarathy, professeur de physique et membre de l'Institut de biologie moléculaire de l'UO

Les larves de poisson zèbre sont un bon modèle pour aborder le mystère, Parthasarathy a dit, parce qu'ils partagent de nombreuses similitudes anatomiques avec les humains et d'autres vertébrés, et leurs microbes intestinaux peuvent être directement observés.

Le doctorant Brandon H. Schlomann et le chercheur postdoctoral Travis J. Wiles ont dirigé le projet, dans lesquels les larves ont été observées au microscope 3D car elles étaient exposées à des concentrations de l'antibiotique ciprofloxacine à des niveaux comparables à ceux souvent trouvés dans les échantillons environnementaux.

Les chercheurs ont examiné séparément le poisson zèbre porteur de l'une des deux espèces bactériennes différentes que l'on trouve chacune fréquemment dans l'intestin du poisson zèbre. Les bactéries de l'une des espèces sont mobiles et nagent rapidement. Les bactéries des autres espèces sont presque complètement agrégées en colonies denses.

En présence de l'antibiotique, les deux types de bactéries ont montré des changements dramatiques dans leur comportement. Les espèces normalement mobiles sont devenues beaucoup plus lentes et ont formé des agrégats. Les espèces normalement agrégées ont changé de structure pour former des colonies encore plus grandes, avec moins de fragmentation.

Dans les deux cas, l'agrégation accrue a rendu les bactéries plus sensibles aux contractions mécaniques des intestins, entraînant une augmentation de l'expulsion de l'intestin et des baisses de plus de cent fois dans les populations intestinales.

"Nos découvertes, " Parthasarathy dit, " suggèrent qu'en raison de l'activité physique de l'intestin, la contamination par les antibiotiques induit des changements beaucoup plus importants dans le microbiome intestinal qu'on ne le soupçonnerait en étudiant simplement les bactéries seules. Dans un sens, l'intestin amplifie les effets des antibiotiques faibles."

Sur la base de leurs observations, les chercheurs ont développé un modèle mathématique de la dynamique bactérienne dans l'intestin, avec des prédictions pour la taille des colonies qui correspondaient aux données expérimentales. Le modèle est similaire à ceux de la croissance des polymères et des microparticules, montrer, les co-auteurs écrivent, que les méthodes développées en physique peuvent être appliquées avec succès aux études du microbiome intestinal.

Parthasarathy s'attend à ce que les conclusions de l'équipe s'appliquent à plus que le poisson zèbre.

"Un large éventail de bactéries répondent aux antibiotiques faibles en modifiant leur forme et leurs comportements d'agrégation, ", a-t-il déclaré. "Tous les intestins des vertébrés - y compris ceux des humains - transportent de la nourriture et des microbes, et leur mécanique entraîne le mouvement des groupes bactériens. On soupçonne, donc, que les choses que nous avons découvertes sont assez générales d'une espèce à l'autre, y compris les humains et les autres animaux.

Le modèle, Parthasarathy et ses collègues écrivent, fournit un cadre pour évaluer les perturbations des antibiotiques chez l'homme et d'autres animaux. L'équipe de cinq membres suggère que l'expulsion de bactéries vivantes exposées aux antibiotiques des intestins des animaux par le processus basé sur l'agrégation peut être un mécanisme de propagation de la résistance aux antibiotiques.

• L'infection à rotavirus pourrait jouer un rôle dans le développement du diabète de type 1
• Une étude identifie un gène qui permet à la chlamydia de prélever l'ADN de l'environnement hôte