Les bactéries et les virus bactériophages en microgravité ont montré des mutations intrigantes, suggérant une évolution unique loin de la Terre. Ce phénomène offre des pistes prometteuses pour combattre des souches résistantes d’Escherichia coli, redéfinissant potentiellement notre approche face aux problèmes de résistance aux antibiotiques.
Illustration de phages attaquant une bactérie. Crédit:
Les bactéries et les virus bactériophages (ou simplement phages) laissés ensemble dans l’espace, après un temps d’“assentiment”, ont développé des mutations surprenantes spécifiques à la microgravité. D’un côté, les bactéries ont montré des modifications dans les gènes associés aux protéines de surface, à la gestion des nutriments et au stress. De l’autre, les phages ont accumulé des mutations pour améliorer leur infectivité et leur capacité à se lier aux récepteurs superficiels des “proies” mutées. Cela a engendré un dialogue évolutif entre les micro-organismes, très différent de celui souvent observé sur Terre. Le plus étonnant réside dans le développement de mutations permettant de concevoir des phages capables de tuer efficacement une souche terrestre d’Escherichia coli résistante aux antibiotiques. En résumé, étudier ces micro-organismes dans l’espace pourrait non seulement approfondir notre compréhension de la relation entre bactéries et phages, mais aussi ouvrir la voie au développement de thérapies innovantes contre la résistance aux médicaments. Certains souches d’E. coli figurent parmi les célèbres “superbactéries”, considérées comme une véritable urgence mondiale par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), qui estime qu’elles pourraient causer 40 millions de décès d’ici 2050.
Ce travail de recherche sur les phages et les bactéries envoyés dans l’espace a été conduit par une équipe américaine dirigée par des scientifiques de l’Université du Wisconsin-Madison, collaborant étroitement avec des collègues du Département de Bactériologie et de l’entreprise Rhodium Scientific Inc. de Houston. Les chercheurs ont tiré leurs conclusions après l’envoi, en 2020, d’un module contenant des micro-organismes à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS). Les astronautes dans ce laboratoire en orbite et les chercheurs sur Terre ont suivi les interactions – sous diverses modalités et sur différentes durées – entre le bactériophage T7 et la souche de Escherichia coli BL21, qui ont été maintenues ensemble pendant plusieurs heures jusqu’à 23 jours. Comme indiqué, de nombreuses mutations ont été observées dans les deux organismes microscopiques après un lancement lent durant lequel les phages avaient du mal à attaquer les bactéries en microgravité.
Des expériences antérieures avaient montré que les bactéries cultivées dans l’espace affichent des modifications notables dans leur physiologie, avec des mutations dans la régulation génique et les processus métaboliques. Par exemple, la microgravité favorise la formation de biofilms et augmente les taux métaboliques, entraînant des difficultés à éliminer les déchets du métabolisme et à absorber les nutriments. Ces changements provoquent des altérations de la membrane mobile. Pour faire face à ces conditions difficiles, les bactéries s’adaptent avec des modifications spécifiques qui altèrent les protéines de surface, y compris les récepteurs ciblés par les phages. Des expériences dans l’espace ont montré que l’interaction entre phages et bactéries est profondément modifiée par la microgravité; le séquençage génomique a même révélé l’émergence de mutations adaptatives et de contre-mutations pour surmonter les défenses bactériennes développées dans l’espace. Le processus d’attaque ralentit, mais le phage finit par réussir, surmontant les bactéries stressées et mutées.
“Les phages de la station spatiale ont progressivement accumulé des mutations spécifiques qui pourraient accroître leur infectivité ou leur capacité à se lier aux récepteurs des cellules bactériennes. Pendant ce temps, l’Escherichia coli de la station spatiale a accumulé des mutations qui peuvent le protéger des phages et améliorer sa survie dans des conditions de quasi-absence de gravité”, ont déclaré les scientifiques dans un communiqué de presse, précisant que l’espace modifie profondément la nature de cette interaction. L’analyse des mutations dans le domaine de liaison du récepteur phagique “a révélé des différences étonnantes dans le nombre, la position et les préférences mutationales entre conditions terrestres et microgravité, reflétant les différences sous-jacentes dans l’adaptation bactérienne”, ont expliqué les experts. Les deux organismes « évoluent selon une trajectoire différente de celle de la Terre ».
Le point le plus intéressant de cette découverte réside dans le fait que les phages mutés en microgravité ont permis aux scientifiques de concevoir d’autres phages efficaces contre des bactéries du tractus urinaire résistantes aux antibiotiques (la majorité des cas). De cette approche novatrice pourraient émerger de nouvelles thérapies pour traiter les superbactéries: “En étudiant ces adaptations dues à l’espace – expliquent Huss et ses collègues – nous avons acquis de nouvelles connaissances biologiques qui nous ont permis de concevoir des phages avec une activité largement supérieure contre les agents pathogènes résistants aux médicaments sur Terre.” L’espoir est de parvenir à de nouvelles solutions thérapeutiques. Les détails de la recherche intitulée « La microgravité transforme la coévolution bactériophage-hôte à bord de la Station Spatiale Internationale » ont été publiés dans la revue scientifique PLOS Biology.