Antibiotic resistant bacteria inside a biofilm, 3D illustration. Biofilm is a community of bacteria where they aquire antibiotic resistance and communicate with each other by quorum sensing molecules

Une nouvelle étude israélienne a retracé le comportement des cellules dans des situations chaotiques, afin d’améliorer la qualité des soins médicaux. Ses résultats ont été récemment publiés dans un article de la revue internationale Nature (Observation of Universal « aging » dynamics in antibiotiques persistance).

L’étude a été dirigée par le professeur Natalie Balavan de l’Institut de physique Rakah, avec l’étudiant Yoav Kaplan et un groupe de recherche biodisciplinaire diversifié qui comprend des étudiants du programme Talpiot (Shaked Reich et Alik Oster), le Dr de biophysique (Orit Geffen) et Docteur en biologie (Ira Ronin). Les résultats de l’étude offrent une nouvelle approche pour décrire les troubles cellulaires.

Alors qu’à ce jour, l’opinion qui prévaut sur le terrain est qu’il s’agit d’un mécanisme de défense ordonné qui empêche les bactéries de se diviser correctement, mais en fait, il s’agit d’un chaos imprévu. Le professeur Balaban explique que « même lorsque nous surmontons une certaine maladie, le traitement médicamenteux aujourd’hui n’est pas capable de tuer toutes les « mauvaises » bactéries. Il a été constaté que les antibiotiques, par exemple, Met certaines bactéries dans un état de dysfonctionnement et les rend moins sensibles au retraitement. Par conséquent, une combinaison de substances qui placent les bactéries dans une situation chaotique et de médicaments qui nuisent aux bactéries dans cette situation particulière, pourront utiliser leur état de manière intelligente pour guérir la maladie. »

Les bactéries sont quotidiennement exposées à des conditions extrêmes de froid, de chaleur, de pénurie alimentaire et plus encore. Heureusement pour eux (et parfois pour notre malchance), l’évolution a conduit à développer pour eux des mécanismes de protection très sophistiqués : en réponse au froid extérieur ils produisent des matériaux qui protègent du froid et dans des conditions de chaleur – produisent des matériaux qui protègent de la chaleur, et plus.

L’opinion dominante est que les mécanismes de défense des bactéries fonctionneront correctement – ou la bactérie mourra. L’équipe de recherche a découvert un nouvel état intermédiaire des bactéries, après exposition à des conditions extrêmes : « l’état chaotique », un état interne caractérisé par des troubles de l’état cellulaire. Cette condition est créée dans la bactérie lorsque ses mécanismes de défense sont inondés et incapables de surmonter des conditions environnementales difficiles. Malgré cela, il ne meurt pas, mais arrête de se diviser et entre dans un état où ses systèmes sont dans un état chaotique. Il s’avère que dans une telle situation, les bactéries qui arrêtent de se diviser sont mieux protégées contre les antibiotiques, car nombre d’entre eux sont destinés à altérer le processus de distribution bactérienne. De plus, la majeure partie du processus de développement des antibiotiques est testée sur des bactéries en division et non dans un état chaotique.

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Dans le cadre de l’étude, les chercheurs ont collaboré avec le professeur Oded Agam, de la Faculté de mathématiques et de sciences naturelles de l’Université hébraïque, spécialisé dans la théorie de la physique statistique. Ensemble, ils ont pu développer un modèle statistique permettant de prédire les résultats d’un traitement antibiotique. « L’une des caractéristiques des troubles cellulaires est que des bactéries identiques, telles que des bactéries jumelles avec le même ADN, commencent à se comporter d’une manière très différente que les médecins ont du mal à comprendre et donc l’efficacité du traitement médicamenteux diminue », explique le professeur Balaban. . « En fait, il s’agit d’une nouvelle ligne de pensée, selon laquelle la physique statistique est capable de comprendre le comportement des cellules dans des situations stressantes et ainsi d’améliorer l’efficacité du traitement de diverses maladies. »

Ainsi, l’exposition et la caractérisation quantitative des troubles à l’état normal des cellules permettront le développement de meilleurs traitements médicaux à l’avenir. Les chercheurs espèrent pouvoir tirer parti des caractéristiques générales de la « condition de désordre cellulaire », également pour trouver des combinaisons intelligentes pour traiter le cancer. « Nous pouvons éliminer les cellules non seulement dans leur état normal, mais aussi lorsqu’elles sont dans un état non standard et insaisissable – quelque chose qui peut améliorer le traitement médicamenteux et ainsi nous aider à reprendre une vie normale dès que possible », conclut le professeur Balaban.