Les Actualités / La résistance bactérienne : pour la poursuite sans relâche de la recherche de

La résistance bactérienne : pour la poursuite sans relâche de la recherche de nouveaux antibiotiques. Entretien avec Jean-Marie Frère

L’histoire de la thérapie antibactérienne est aussi celle de la résistance de ces micro-organismes aux antibiotiques et de la course, sans répit, que doivent poursuivre les chercheurs pour « garder une réplique d’avance sur le monde des bactéries qui ne cessent de s’adapter et de développer de nouvelles défenses ». De nombreux mécanismes biochimiques et une extraordinaire ingéniosité génétique sont à l’œuvre dans ce processus défensif, d’acquisition et de diffusion des gènes de résistance, accru encore, dans la seconde moitié du XXe siècle, par l’utilisation extensive, inappropriée, abusive des antibiotiques chez l’homme et l’animal.

Le combat n’est jamais gagné définitivement, face à un ennemi qui se reproduit à une vitesse vertigineuse : une division cellulaire toutes les vingt minutes, porteuse potentiellement de mutations génétiques aléatoires. Malgré les progrès de la recherche scientifique sur l’organisation de l’information génétique des bactéries et sur l’efficacité et la toxicité des molécules, il n’y a pas de quoi se réjouir, et pour emprunter un langage militaire, à chaque lancer de missile correspond la découverte d’un anti-missile, et puis de l’anti-anti-missile par l’autre camp ! On dénombre aujourd’hui plus de 25000 personnes qui décèdent, chaque année en Europe, d’infections multi-résistantes et les maladies nosocomiales sont considérées comme un problème majeur par les urgentistes. Et les événements les plus récents ne portent pas davantage à l’optimisme, comme en témoigne l’émergence, en août 2009, d’une « superbactérie » insensible à pratiquement tous les antibiotiques et productrice d’une enzyme (NDM-1) qui, moins de deux ans après son apparition en Inde, a été détectée dans une série de pays européens.

La menace est bel et bien sérieuse, suffisamment en tout cas pour décider Jean-Marie Frère, membre de la Classe des Sciences de l’Académie et professeur ordinaire émérite de l’Université de Liège, qui travaille sur les mécanismes de résistance des enzymes depuis plus de 40 ans, à réagir vigoureusement aux conclusions d’un rapport d’un Groupe d’experts au Parlement européen en 2008. Ce «Scientific Technology options Asssessment report on antibiotic resistance » recommande un changement de cap pour la recherche dans ce domaine. Les signataires du document prônent un renforcement de l’étude des moyens d’enrayer la prolifération des souches bactériennes résistantes. L’enjeu est bien de limiter l’utilisation des antibiotiques puisque à l’apparition de chaque nouvelle molécule, la bactérie trouve un subterfuge. Et dès lors, une façon d’atteindre cet objectif pour les auteurs du rapport reviendrait à réduire le financement public de la recherche sur les antibiotiques. Message reçu parfaitement par l’Union européenne qui a, immédiatement, réduit ses aides à la recherche dans ce créneau. C’est dans la prestigieuse revue scientifique The Lancet que J.-M. Frère et quelques pairs ripostent par un puissant plaidoyer pour une intervention des pouvoirs publics dans la poursuite de la recherche de nouveaux médicaments, indispensable aujourd’hui si l’on veut conserver une avance, si fragile soit-elle, sur les bactéries. Il s’agit, également, de pallier les effets du désinvestissement de l’industrie pharmaceutique dans le secteur des antibiotiques, amorcé depuis 1989, au profit de la recherche concernant des maladies chroniques qui assurent une patientèle (et une clientèle) à vie.

Cette question de la résistance bactérienne aux antibiotiques, Jean-Marie Frère l’abordera au Collège Belgique, dans le cadre de deux cycles de cours qu’il coordonne. En novembre 2011, il assurera une des leçons du cycle consacré aux risques chimiques liés à l’alimentation, avec une étude de cas relative à l’utilisation d’antibiotiques dans la production alimentaire et ses conséquences sur les résistances bactériennes. Pour 2012, c’est tout un cycle qui portera sur la résistance des bactéries aux antibiotiques et les raisons de faire montre d’une certaine inquiétude. Avec des thèmes comme ceux-là, au cœur des avancées scientifiques et qui interpellent la société civile et le monde politique, l’Académie, au travers du Collège Belgique, joue à merveille sa partition.


Jean-Marie Frère, faire des études universitaires s’est imposé comme une évidence durant vos humanités mais avec un fameux changement d’aiguillage en milieu de « rhéto » !

En effet ! À partir de la troisième gréco-latine, tout (mes résultats, mes professeurs, mon père régent scientifique) me pousse vers des études supérieures. Mon premier rêve, c’est de décrocher une licence en langues germaniques. Mon professeur de néerlandais, en dernière année, propose de me donner un avant-goût de ce qu’est la philologie. Il ne me faut pas des mois pour réaliser que je ne suis pas fait pour l’analyse de textes. Heureusement, j’avais aussi une inclination pour les sciences et surtout des pédagogues passionnants en chimie et biologie. Je choisis de m’orienter vers la biochimie qui implique, à l’époque, de passer par un diplôme de chimie. Je n’ai jamais regretté mon parcours : il me paraît plus difficile d’acquérir certains principes de chimie-physique si on a commencé par la médecine ou la biologie que de faire le trajet inverse.

Votre licence terminée, tout s’emballe et prend une tournure inattendue !

Avec un mémoire de chimie organique portant sur la synthèse de peptides, je m’apprête à suivre, toujours à l’Université de Liège, un troisième cycle en biochimie mais mes professeurs me conseillent d’aller d’emblée vers un doctorat. Le professeur Marcel Florkin me met en contact avec un de ses jeunes collègues, Walter Verly, qui me propose un sujet sur la mutagenèse. J’introduis une demande de bourse au FNRS. J’ignore, à ce moment, que quelques mois plus tard, W. Verly m’annoncera sa nomination à Montréal et me demandera de le suivre. Nous serons huit personnes du laboratoire à finalement l’accompagner dont plusieurs doctorants.

Je resterai quatre ans et demi au Québec, en bénéficiant d’un statut de détachement du FNRS, bien décidé à revenir au pays après la fin de ma thèse.

C’est au Québec que vous vous familiarisez à l’étude des réactions enzymatiques.

À l’Université de Montréal, je travaille, dans l’équipe de Verly, sur un sujet qui lui tient à cœur et que je préfère à la mutagenèse : le métabolisme des neurotransmetteurs. J’étudie une enzyme qui inactive certains neurotransmetteurs dont on soupçonnait l’implication dans la maladie de Parkinson, une hypothèse qui se révéla non fondée. Je défends ma thèse à Montréal en 1969 et à Liège 6 mois plus tard. Avant de regagner définitivement ma terre natale, je passe une année de « postdoc » au MIT à Boston, chez le professeur Buchanan, dont les travaux concernent la synthèse des purines (des constituants des acides nucléiques).

Au MIT, je m’attelle à des recherches sur une enzyme présente dans le foie de poulet et j’apprends beaucoup sur le fonctionnement moléculaire des enzymes et sur les méthodes d’étude de ces molécules extraordinaires.

Heureux hasard puisque le professeur Ghuysen, à l’Université de Liège, cherchait quelqu’un s’y connaissant dans ce domaine. Je le rencontre et me voilà engagé au service de Microbiologie appliquée aux sciences pharmaceutiques de l’ULg (avec des mandats extérieurs de 1970 à 1976, et puis comme personnel scientifique et académique). À partir de 1989, j’y occuperai la chaire d’Enzymologie. J’atteins l’ordinariat en 1992 et deviens directeur du Centre d’Ingénierie des Protéines en 1995.

L’enzymologie, entrée dans votre vie à la fin des années 60’, ne vous quittera plus. Elle est la clé de voûte de vos recherches et de votre enseignement.

Oui, mes cours à l’Université de Liège portaient sur la biochimie générale pour le premier cycle et sur l’enzymologie et sur la purification des protéines et les mécanismes de résistance aux antibiotiques pour les deuxième et troisième cycles. J’ai aussi assuré, à partir de 1980, le cours de Cinétique enzymatique à la Vrije Universiteit Brussel dans le cadre d’une Licence spéciale en Biologie moléculaire, devenu obligatoire dans l’orientation « biotechnologie » du grade d’Ingénieur des Industries agricoles et alimentaires. Depuis 2003, je suis professeur invité, chaque année, à l’Université de Sienne pour une dizaine de leçons sur l’Enzymologie. Enfin j’ai occupé la Chaire Francqui au titre belge à la KUL en 2001-2002 et l’année suivante à l’ULB.

Dès octobre 70, mes recherches s’orientent vers les réactions enzymatiques à l’œuvre dans la résistance à la pénicilline. On savait que cet agent anti-bactérien paralysait l’action de certaines enzymes mais que certaines bactéries résistaient en produisant d’autres enzymes qui détruisaient la pénicilline.

C’est le créneau sur lequel je vais travailler toute ma vie, en sortant parfois du domaine des bactéries et des antibiotiques, mais en me spécialisant au fil des ans dans l’étude des enzymes.

Vous débroussaillez les mécanismes d’action des deux types d’enzymes en ce qui concerne la pénicilline. Comment opèrent-ils ?

L’objectif de mes travaux – et je vais y passer cinq ans – est de voir comment la pénicilline inactive les enzymes qu’elle arrive à bloquer. L’explication est moléculaire et demande un petit retour en arrière.

L’introduction de la pénicilline sur le marché civil remonte au lendemain de la DeuxièmeGguerre mondiale. Son action sur les staphylocoques est avérée très rapidement. Mais, en milieu hospitalier, on assiste, entre 1948 et 1951, à une progression spectaculaire du pourcentage de « staphylo » résistants qui passe de 9 à 97% ! Les souches n’étaient pas subitement devenues résistantes, on avait simplement ouvert la porte aux bactéries résistantes.

En sélectionnant ces germes-là, les scientifiques ont pu montrer que la résistance était due à la fabrication d’un second type d’enzymes capable de détruire la pénicilline. Les deux types d’enzymes – les transpeptidases, sensibles à l’antibiotique, et les bêta-lactamases qui qui le détruisent – fonctionnent avec les mêmes mécanismes mais les premières sont « bloquées » en cours de route sous la forme d’un intermédiaire incapable de remplir sa fonction, alors que cet intermédiaire est rapidement détruit chez les bêta-lactamases. Destruction au pas de charge : une molécule de « bêta » en élimine 2000 de pénicilline par seconde ! C’est donc bien la production de cette enzyme qui protégeait la bactérie. Et par une modification de la structure de la pénicilline, on est parvenu à trouver des molécules capables de résister aux bêta-lactamases du staphylocoque. Tout semblait sous contrôle, jusqu’à la décennie 70.

La résistance des bactéries joue de nouveaux tours et le monde scientifique vit une période de désenchantement. L’ennemi est redoutable et inventif !

En fait, face à la première pénicilline utilisée – pénicilline G – qui ne pouvait être administrée que par injection, et à l’émergence des souches résistantes productrices de ces bêta-lactamases, les chercheurs ont travaillé dans trois directions : la recherche de pénicillines nouvelles qui puissent résister à l’acidité de l’estomac et se prendre par voie orale, la découverte de molécules de la même famille des bêta-lactames actives au niveau de la synthèse de la paroi bactérienne et enfin de molécules différentes agissant dans la synthèse des protéines, ou la perméabilité de la membrane ou la réplication de l’ADN.

Début 70, le monde scientifique croyait le problème résolu ! Les chercheurs doivent déchanter, suite à l’apparition de résistances dues à deux mécanismes :

1) Certaines bactéries dont le staphylocoque acquièrent une transpeptidase résistante et on commence à bien en saisir le pourquoi. Il se trouve que parmi les enzymes généralement sensibles à la pénicilline, la bactérie en fabrique de temps en temps une qui est un peu plus « costaude». Les bactéries s’échangent des gènes de manière frénétique, dont des caractères de résistance qui sont situés sur des petits éléments génétiques mobiles, les plasmides, qu’elles peuvent posséder en plusieurs exemplaires. S’il y a des copies, elles peuvent donc les « refiler » à d’autres, c’est aussi simple que cela ! Le staphylocoque a donc acquis tout un gène chez une collègue qui code pour un de ces enzymes résistantes. Ce processus s’avère une catastrophe pour les hôpitaux : sur le même élément génétique mobile, il peut y avoir accumulation de plusieurs caractères de résistance. On est alors confronté à une résistance à différents types d’antibiotiques.

2) La production de bêta-lactamases, surtout rencontrée dans la catégorie des bactéries à Gram-négatif, représente le mécanisme majeur de résistance. On a identifié plus de 800 bêta-lactamases différentes à ce jour ! La parade imaginée pour se défendre contre les bêta-lactamases a porté sur une modification de la « décoration » sur la molécule de pénicilline. On en garde le cœur mais on change ce qu’il y a autour.

Les chercheurs auront recours à deux tactiques : le camouflage – le composé n’est plus reconnaissable par les « bêta » les plus courantes – et la recherche de nouveaux composés « tueurs ».

On met au point des médicaments à deux composants, un inactivateur du bêtalactame et une pénicilline normale qui peut alors agir. C’est la solution des années 70 autour de l’Augmentin, par exemple. Mais les bactéries réagissent à nouveau, en produisant de nouvelles enzymes. Certaines se montrent capables d’hydroyser les bêta-lactames les plus récents, tels que les céphalosporines, ce sont les « bêta-lactamases à spectre étendu ». Ces BLSE ont émergé soit par mutation de gènes d’enzymes déjà connus, soit par sélection de gènes originaux dont l’existence remonte à la nuit des temps et qui ressurgissent tout à coup. Cycle infernal qui se poursuit avec l’apparition, il y a une quinzaine d’années, d’une nouvelle catégorie – des métallo-bêta-lactamases (MBL) –. Ni les inactivateurs, ni le camouflage ne fonctionnent contre elles. Ces métallo-enzymes sont capables de détruire tous les bêta-lactames et de conférer la résistance aux céphalosporines et carbapénèmes les plus efficaces. La résistance de la souche NDM-1, tristement célèbre depuis sa découverte en 2009, est liée à une nouvelle MBL.

L’impatience est grande d’en savoir plus et de venir vous écouter au Collège Belgique !

La résistance aux antibiotiques sera le thème du cycle prévu pour 2012. J’ai fait appel à mes collègues Colette Duez et Jacques Coyette pour aborder, respectivement, la question des biofilms et le mode d’action des antibiotiques. Patrice Courvalin de l’Institut Pasteur de Paris y prendra également part avec deux leçons sur l’actualité du phénomène de résistance.

Le cycle 2011, auquel j’ai été associé par mon ancien condisciple, Guy Maghuin-Rogister de l’ULg, a pour objectif de dresser un état de la question des risques chimiques liés à l’alimentation.

Dans sa leçon introductive, Guy Maghuin-Rogister exposera les progrès des méthodes, de la toxicologie, de l’épidémiologie et de l’informatique pour les applications de modélisation notamment, qui ont permis des avancées spectaculaires dans l’analyse des risques. Elle sera suivie d’études de cas, consacrées aux perturbateurs endocriniens, aux produits néoformés tels que les hydrocarbures aromatiques polycycliques cancérigènes liés au mode de cuisson des viandes ou les nitrosamines dans les charcuteries, et aux nanoparticules dont la toxicité par voie digestive n’est pas clairement établie, bel exemple de l’urgence d’évaluer le rapport bénéfices/risques.

Je donnerai la leçon de clôture avec une étude de cas dans le domaine de l’utilisation d’antibiotiques et des résistances bactériennes. Pour illustrer la contamination des denrées alimentaires par des résidus d’antibiotiques, qui favorise la sélection et la prolifération de souches résistantes, je prendrai l’exemple du lait et des méthodes de détection mises en place. Depuis la fin des années 70, nous avons mis au point, avec des collègues d’UCB, un test simple pour estimer la quantité de pénicilline dans tout échantillon. Suite à un congrès qui se passait en Pologne et où nous présentions un poster sur notre méthode de dosage, des représentants des ministères polonais ont exprimé leur intérêt pour la technique appliquée au contrôle du lait. Nous l’avons donc ajustée dans cette optique. Ce fut un raz-de-marée dans l’ensemble des pays « riches » : le test a été utilisé un peu partout et on a fixé des limites maximales acceptables d’antibiotiques dans les denrées alimentaires. Ces contrôles ont permis d’enrayer, dans nos régions, la contamination directe par antibiotiques. Par contre là où il y a du laisser-faire, les vaches peuvent être traitées aux antibiotiques et leur lait vendu sans délai prophylactique.

Le problème dans nos pays relève d’une contamination indirecte. L’administration d’antibiotiques aux animaux peut conduire à la sélection de souches résistantes et qui risquent de passer à l’homme. Le drame survenu en Allemagne et en France en été 2011, de décès provoqués par l’ingestion de germes de soja contaminés par un type d’Escherichia coli ultra-résistant trouve son origine dans l’épandage, par l’exploitant, d’un fumier provenant d’animaux traités aux antibiotiques et qui contenait des bactéries résistantes. Les méthodes d’élevage sont en cause mais il faut éviter les réactions simplistes. Si on ne recourt pas à des antibiotiques, c’est tout l’élevage qui peut disparaître en cas de maladie. On administre donc des antibiotiques préventivement, avec le risque de l’émergence de souches résistantes.

Nous sommes vraiment dans une matière où la rationalité de la science, l’indépendance et la compétence des chercheurs, la transparence démocratique, la force de la loi et le contrôle de son application doivent se conjuguer au mieux pour la préservation d’un haut niveau de santé publique.

Maud Sorède, octobre 2011.

Pour en savoir plus…

Collège Belgique, Namur, Palais provincial, jeudis 10, 17 et 24 novembre à 17 h.
« Risques chimiques liés à l’alimentation. Leur nature, leur évaluation et leur maîtrise. » Coordinateur : Guy Maghuin-Rogister. Responsable académique : Jean-Marie Frère.

Zoom

 

Top