Scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapour) a développé un peptide synthétique qui peut rendre les bactéries multirésistantes sensibles aux antibiotiques à nouveau lorsqu'il est utilisé avec des antibiotiques traditionnels, offrant l'espoir d'une stratégie de traitement combiné pour lutter contre certaines infections tolérantes aux antibiotiques.

A lui seul, le peptide antimicrobien synthétique peut également tuer les bactéries qui sont devenues résistantes aux antibiotiques.

Chaque année, environ 700, 000 personnes meurent dans le monde de maladies résistantes aux antibiotiques, selon l'Organisation mondiale de la santé. En l'absence de nouvelles thérapeutiques, les infections causées par des superbactéries résistantes pourraient tuer 10 millions de personnes supplémentaires chaque année dans le monde d'ici 2050, surpasser le cancer. La résistance aux antibiotiques survient chez les bactéries lorsqu'elles peuvent reconnaître et prévenir les médicaments qui les tueraient autrement, de traverser leur paroi cellulaire.

Cette menace est accélérée par le développement de la pandémie de COVID-19, avec les patients admis dans les hôpitaux recevant souvent des antibiotiques pour contrôler les infections bactériennes secondaires, en amplifiant la possibilité pour les agents pathogènes résistants d'émerger et de se propager.

L'équipe NTU Singapour, dirigé par la professeure agrégée Kimberly Kline et la professeure Mary Chan, développé un peptide antimicrobien connu sous le nom de CSM5-K5 comprenant des unités répétées de chitosane, un sucre trouvé dans les coquilles de crustacés qui ressemble structurellement à la paroi cellulaire bactérienne, et des unités répétées de l'acide aminé lysine.

Les scientifiques pensent que la similitude structurelle du chitosan avec la paroi cellulaire bactérienne aide le peptide à interagir et à s'y intégrer, causant des défauts dans la paroi et la membrane qui finissent par tuer les bactéries.

L'équipe a testé le peptide sur des biofilms, qui sont des couches gluantes de bactéries qui peuvent s'accrocher à des surfaces telles que des tissus vivants ou des dispositifs médicaux dans les hôpitaux, et qui sont difficiles à pénétrer pour les antibiotiques traditionnels.

Dans les biofilms préformés en laboratoire et les biofilms formés sur des plaies chez la souris, le peptide développé par NTU a tué au moins 90 pour cent des souches bactériennes en quatre à cinq heures.

Dans des expériences séparées, lorsque CSM5-K5 a été utilisé avec des antibiotiques auxquels les bactéries sont par ailleurs résistantes, plus de bactéries ont été tuées que lorsque CSM5-K5 était utilisé seul, suggérant que le peptide a rendu les bactéries sensibles aux antibiotiques. La quantité d'antibiotiques utilisée dans cette thérapie combinée était également à une concentration inférieure à ce qui est couramment prescrit.

Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Maladies infectieuses du SCA en mai.

Professeur associé Kimberly Kline, un chercheur principal au Singapore Centre for Environmental Life Sciences Engineering (SCELSE) à NTU, a déclaré:"Nos résultats montrent que notre peptide antimicrobien est efficace, qu'il soit utilisé seul ou en combinaison avec des antibiotiques conventionnels pour lutter contre les bactéries multirésistantes. Sa puissance augmente lorsqu'il est utilisé avec des antibiotiques, restaurer à nouveau la sensibilité de la bactérie aux médicaments. Plus important, nous avons constaté que les bactéries que nous avons testées développaient peu ou pas de résistance contre notre peptide, ce qui en fait un complément efficace et réalisable aux antibiotiques en tant que stratégie de traitement combiné viable alors que le monde est aux prises avec une résistance croissante aux antibiotiques. »

Pr Mary Chan, directeur du Centre de bioingénierie antimicrobienne de NTU, a déclaré :« Alors que les efforts sont concentrés sur la lutte contre la pandémie de COVID-19, nous devons également nous rappeler que la résistance aux antibiotiques continue d'être un problème croissant, où les infections bactériennes secondaires qui se développent chez les patients pourraient compliquer les choses, constituer une menace dans les établissements de santé. Par exemple, les infections respiratoires virales pourraient permettre aux bactéries de pénétrer plus facilement dans les poumons, entraînant une pneumonie bactérienne, qui est généralement associé à COVID-19. »

Comment fonctionne le peptide antimicrobien

Peptides antimicrobiens, qui portent une charge électrique positive, fonctionnent généralement en se liant aux membranes bactériennes chargées négativement, perturbant la membrane et provoquant éventuellement la mort des bactéries. Plus un peptide est chargé positivement, plus il est efficace pour se lier aux bactéries et ainsi les tuer.

Cependant, la toxicité du peptide pour l'hôte augmente également en fonction de la charge positive du peptide :il endommage les cellules de l'organisme hôte en tuant les bactéries. Par conséquent, les peptides antimicrobiens modifiés à ce jour ont rencontré un succès limité, a déclaré le professeur Assoc Kline, qui est également de la NTU School of Biological Sciences.

Le peptide conçu par l'équipe NTU, appelé CSM5-K5, est capable de se regrouper pour former des nanoparticules lorsqu'il est appliqué à des biofilms de bactéries. Ce regroupement se traduit par un effet perturbateur plus concentré sur la paroi cellulaire bactérienne par rapport à l'activité de chaînes simples de peptides, ce qui signifie qu'il a une activité antibactérienne élevée mais sans causer de dommages injustifiés aux cellules saines.

Pour examiner l'efficacité du CSM5-K5 seul, les scientifiques du NTU ont développé des biofilms séparés comprenant Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, communément connu sous le nom de superbactérie MRSA; une souche multirésistante hautement virulente d'Escherichia coli (MDR E. Coli); et Enterococcus faecalis (VRE) résistant à la vancomycine. Le SARM et l'ERV sont classés comme des menaces graves par les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis.

Dans les expériences de laboratoire, CSM5-K5 a tué plus de 99 pour cent des bactéries du biofilm après quatre heures de traitement. Dans les plaies infectées des souris, le peptide antimicrobien développé par NTU a tué plus de 90 pour cent des bactéries.

Lorsque CSM5-K5 a été utilisé avec des antibiotiques conventionnels, l'équipe NTU a découvert que l'approche combinée entraînait une réduction supplémentaire des bactéries dans les biofilms formés en laboratoire et les plaies infectées chez la souris par rapport à lorsque seul le CSM5-K5 était utilisé, suggérant que le peptide antimicrobien a rendu les bactéries sensibles aux médicaments auxquels elles seraient autrement résistantes.

Plus important, l'équipe du NTU a découvert que les trois souches de bactéries étudiées (SARM, VRE et MDR E. coli) ont développé peu ou pas de résistance contre CSM5-K5. Alors que le SARM a développé une résistance de bas niveau contre CSM5-K5, cela a rendu le SARM plus sensible au médicament auquel il est autrement résistant.

Le professeur Chan a déclaré:"Le développement de nouveaux médicaments à lui seul n'est plus suffisant pour lutter contre les infections bactériennes difficiles à traiter, alors que les bactéries continuent d'évoluer et de déjouer les antibiotiques/ Il est important de rechercher des moyens innovants de lutter contre les infections bactériennes difficiles à traiter associées à la résistance aux antibiotiques et aux biofilms, comme s'attaquer aux mécanismes de défense des bactéries. Une méthode plus efficace et plus économique pour lutter contre les bactéries consiste à utiliser une approche de thérapie combinée comme la nôtre. »

La prochaine étape pour l'équipe est d'explorer comment une telle approche de thérapie combinée peut être utilisée pour les maladies rares ou pour le pansement des plaies.