Visualiser comment un adjuvant augmente l’efficacité d’antibiotiques contre une bactérie résistante

Une étude collaborative entre Aix-Marseille Université, les synchrotrons SOLEIL, ESRF et ALBA, récemment publiée dans npj Antimicrobials and Resistance, apporte un nouvel éclairage sur le mode d’action de NV716, un adjuvant à l'antibiotique capable de restaurer l’activité de certains antibiotiques contre la bactérie multirésistante Pseudomonas aeruginosa.

Les bactéries à Gram négatif comme P. aeruginosa présentent une forte résistance intrinsèque liée à la faible perméabilité de leur membrane externe et à l’efficacité de leurs systèmes d’efflux des antibiotiques. Certains adjuvants, comme NV716, augmentent l’efficacité des antibiotiques contre ce type de bactéries résistantes. Mais comment agissent-ils ?

Pour comprendre les mécanismes impliqués, plusieurs approches d’imagerie synchrotron complémentaires ont été combinées. Sur la ligne de lumière DISCO de SOLEIL, des expériences de microspectrofluorimétrie UV profonds (DUV) ont permis de suivre en temps réel l’accumulation d’antibiotiques (fluorescents dans le DUV) dans des bactéries individuelles grâce à un dispositif microfluidique développé pour l’étude (Fig. 1). Ce dispositif permet d’améliorer grandement le suivi d’accumulation d’antibiotiques dans les bactéries en microscopie UV, en permettant d’enregistrer les premiers temps d’accumulation et de s’affranchir de la mobilité des bactéries avant et pendant l’acquisition.

DISCO-POLARIS-adjuvant-fig1 — *Figure 1 : Suivi en temps réel de l’accumulation d’antibiotique (doxycycline) dans* Pseudomonas aeruginosa par microspectrofluorimétrie UV profonds (DUV) sur la ligne DISCO de SOLEIL. Les expériences ont été réalisées à l’aide d’un dispositif microfluidique développé pour suivre l’entrée de l’antibiotique dans des bactéries individuelles exposées à l’adjuvant NV716.

Des analyses de cryotomographie par rayons X mous, réalisées sur la ligne MISTRAL du synchrotron ALBA, ont ensuite révélé chez les bactéries exposées à l’adjuvant des altérations membranaires associées à une augmentation de la production de vésicules de membrane externe (OMVs) (Fig. 2).

DISCO-POLARIS_adjuvant-fig2 — *Figure 2 : Visualisation par cryotomographie par rayons X mous (cryo-SXT, ligne MISTRAL – ALBA) des altérations membranaires induites par NV716 chez* Pseudomonas aeruginosa. Les reconstructions tomographiques montrent des bactéries contrôles non traitées (gauche) et des bactéries exposées pendant 30 min à NV716 (droite). Le traitement induit une augmentation de la production de vésicules de membrane externe (OMVs), visibles à la surface bactérienne (flèches). Barre d’échelle : 1 µm.

Ces observations ont été complétées par des expériences de cryo-microscopie électronique réalisées à SOLEIL (plateforme POLARIS), permettant de visualiser l’ultrastructure des vésicules produites en présence de NV716 (Fig. 3).

DISCO-POLARIS-adjuvant_fig3 — Figure 3 : Imagerie par cryo-microscopie électronique (cryo-EM, plateforme POLARIS – SOLEIL) de vésicules membranaires bactériennes isolées après traitement par NV716. Les vésicules présentent une forte hétérogénéité de taille et de morphologie, suggérant différentes formes de remodelage de la membrane externe en réponse au stress membranaire induit par NV716. Barre d’échelle : 50 nm.

Enfin, des expériences de nano-imagerie de fluorescence X menées sur la ligne ID16A de l’ESRF ont permis de localiser un dérivé de l’adjuvant contenant du cuivre (Cu-NV716) à la périphérie des bactéries, confirmant son association avec les membranes (Fig. 4).

DISCO-POLARIS_fig4 — *Figure 4 : Nano-imagerie de fluorescence X réalisée sur la ligne ID16A de l’ESRF montrant la localisation périphérique d’un dérivé cuivre de l’adjuvant à la surface de* Pseudomonas aeruginosa. Les panneaux A et C montrent la distribution du phosphore, utilisé comme marqueur de la cellule bactérienne, tandis que les panneaux B et D montrent la distribution du cuivre associé au dérivé Cu-NV716. Les panneaux A et B correspondent aux bactéries contrôles non traitées ; les panneaux C et D correspondent aux bactéries exposées au Cu-NV716.

Ces résultats montrent donc que NV716 agit principalement en perturbant l’organisation de la membrane externe, favorisant ainsi l’accumulation intracellulaire d’antibiotiques tels que la doxycycline.

Au-delà de l’étude du mode d’action de NV716, ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour l’exploration des mécanismes de biogenèse des OMVs et le développement de stratégies visant à moduler la perméabilité membranaire des bactéries multirésistantes.