Le savais-tu, qu'il y a cent ans un tiers de tous les décès d'adultes et la moitié de tous les décès d'enfants étaient dûs à des maladies infectieuses telles que celles causées par des agents pathogènes bactériens ? Au début de ce siècle, ces chiffres avaient complètement chuté, et ceux attribués aux maladies transmissibles encore plus, avec seulement 7% des décès d'enfants attribués à ces maladies. Cela a été possible en partie grâce à l'apparition des antibiotiques.
Ce résumé de cours vise à fournir un aperçu complet des antibiotiques et des différents concepts pertinents. Pour commencer, nous définirons ce que sont les antibiotiques, avant de nous pencher sur leur classification, leur découverte et des exemples. Enfin, nous aborderons également la résistance aux antibiotiques, une menace mondiale émergente.
Que sont les antibiotiques ?
Les antibiotiques sont des produits chimiques antimicrobiens produits dans la nature par les bactéries et les champignons. Ces produits chimiques aident l'organisme producteur en tuant ou en inhibant sa concurrence microbienne en limitant les ressources comme l'eau ou la nourriture, surtout dans les environnements où ces ressources sont moins disponibles.
Ces produits chimiques ont eu un impact énorme sur la thérapeutique au cours des dernières décennies en raison de leur capacité à tuer exclusivement les cellules bactériennes.
Les antibiotiques sont des médicaments antibactériens largement utilisés pour traiter les maladies infectieuses bactériennes en ciblant exclusivement la cellule bactérienne et non l'organisme hôte.
Les antibiotiques font partie des médicaments les plus importants utilisés dans la médecine moderne. Ces médicaments sont utilisés pour traiter les maladies transmissibles causées par des agents pathogènes bactériens. Lorsqu'ils sont utilisés en thérapeutique, les antibiotiques peuvent être un produit antimicrobien naturel fabriqué par les bactéries ou les champignons. Ils peuvent aussi être partiellement améliorés en laboratoire par des procédés chimiques pour les rendre plus efficaces.
L'isoniazide est un antibiotique qui est synthétisé chimiquement pour traiter la tuberculose (TB).
Classification des antibiotiques
Les antibiotiques peuvent être classés en deux catégories principales qui fonctionnent soit en tuant directement la bactérie (bactéricide), ce qui résout son problème, soit en arrêtant sa croissance et sa capacité à se multiplier (bactériostatique). Dans cette dernière catégorie, la population de bactéries n'augmente pas chez l'hôte infecté, ce qui donne au système immunitaire de l'hôte une plus grande chance de combattre l'infection. Ces médicaments peuvent y parvenir en ciblant différents aspects critiques de la croissance ou du métabolisme des bactéries qui peuvent inclure :
la synthèse de la paroi cellulaire des bactéries ;
l'activité des protéines de la membrane cellulaire ;
la réplication de l'ADN bactérien ou la synthèse des protéines.
Les quinolones sont des antibiotiques qui interfèrent avec la réplication de l'ADN. La tétracycline et la streptomycine sont des inhibiteurs de la synthèse des protéines, et la polymyxine est un inhibiteur de la membrane.
Cependant, l'une des méthodes de ciblage les plus populaires des antibiotiques consiste à interférer avec la paroi cellulaire bactérienne. Cet organite comprend de longs polymères structurels appelés peptidoglycanes, qui sont assemblés grâce aux liaisons transversales qui se forment entre eux. Certains antibiotiques, comme la pénicilline, agissent en empêchant ces liaisons croisées de se former car ils inhibent les enzymes qui les construisent.
Découverte des antibiotiques
La pénicilline est peut-être l'un des antibiotiques les plus célèbres et le premier à avoir été découvert. La pénicilline a été découverte en 1928 par Alexander Fleming à Londres. Cependant, il a fallu plusieurs années avant de réaliser tout son potentiel pour traiter les maladies infectieuses, et elle est devenue largement disponible dans les années 1940. La pénicilline a ouvert une nouvelle ère dans la médecine thérapeutique moderne en offrant un moyen efficace de traiter, par exemple, la pneumonie ou le rhumatisme articulaire aigu, ce qui n'existait pas jusque-là.
Fonctionnement de l'antibiotique
Pour réussir à cibler la paroi cellulaire bactérienne à l'aide d'antibiotiques comme la pénicilline, il faut que la bactérie infectée soit en pleine croissance. Ce n'est que lorsque les bactéries se développent qu'elles ont besoin d'étendre leur paroi cellulaire, et ce processus peut être perturbé par la pénicilline. Dans ce cas, les bactéries en croissance créent des trous dans leur paroi cellulaire à l'aide d'enzymes autolysines. Cela permet à la paroi cellulaire de s'étirer et de fixer les peptidoglycanes nouvellement synthétisés.
Cependant, en présence de pénicilline, ces chaînes ne se produisent pas. Au fur et à mesure que de nouveaux trous apparaissent dans la bactérie en croissance, sa paroi cellulaire s'affaiblit progressivement. Cet affaiblissement finit par faire éclater la cellule de la bactérie à cause du potentiel de pression osmotique de sa teneur en eau.
Le potentiel de pression osmotique désigne le potentiel des molécules d'eau à passer d'une solution hypotonique (basse concentration) à une solution hypertonique (haute concentration) à travers une membrane partiellement perméable.
L'importance des antibiotiques
Les antibiotiques sont devenus des outils thérapeutiques incroyablement pertinents au cours du siècle dernier, et ils aident considérablement à réduire l'incidence des maladies infectieuses causées par des agents pathogènes bactériens.
L'importance des antibiotiques vient du fait qu'ils ne ciblent que les composants des cellules bactériennes et non ceux présents dans l'hôte infecté eucaryote, comme les cellules humaines.
Par exemple, nos cellules n'ont pas de parois cellulaires, nous ne sommes donc pas affectés par la pénicilline.
D'autres antibiotiques peuvent cibler des protéines spécifiques à la bactérie pathogène que l'on ne trouve pas chez les humains. Cette sélectivité garantit que les actions des antibiotiques sont limitées aux bactéries et pas à nous, ce qui explique pourquoi les antibiotiques sont si largement utilisés.
Une idée fausse courante est que les antibiotiques peuvent aussi être utilisés pour traiter les virus. Les virus ne sont pas des bactéries, ils n'ont donc pas de cibles antibiotiques bactériennes comme les parois cellulaires. En fait, les virus ne sont pas des cellules ; certains scientifiques défendent qu'ils ne sont même pas des êtres vivants puisqu'ils ont besoin des machines de transcription et de traduction de l'hôte pour se répliquer. En tant que tels, les antibiotiques n'affectent pas les virus et ne peuvent pas traiter les maladies virales comme le rhume, la grippe ou le COVID-19. Seuls les antiviraux, un type de médicament différent et moins courant, peuvent traiter efficacement les maladies virales.
Exemples d'antibiotiques
Les antibiotiques sont généralement classés en fonction de leur structure chimique. Selon l'OMS, les types d'antibiotiques suivants sont reconnus :
pénicillines– tuent les bactéries en ciblant leur paroi cellulaire (pénicilline et amoxicilline) ;
macrolides– empêchent la multiplication des bactéries en ciblant la synthèse des protéines (érythromycine) ;
céphalosporines– tuent les bactéries en ciblant leur paroi cellulaire (céphalexine) ;
fluoroquinolones– tuent les bactéries en ciblant la synthèse de l'ADN (ciprofloxacine) ;
bêta-lactamines– tuent les bactéries en ciblant la synthèse de la paroi cellulaire ; (associations de pénicillines/céphalosporines avec des inhibiteurs de bêta-lactamase) ;
tétracyclines– empêchent la multiplication des bactéries en ciblant la synthèse des protéines (tétracycline) ;
anti-infectieux urinaires– ont plusieurs cibles cellulaires bactériennes différentes (nitrofurantoïne) ;
lincosamides – empêche la multiplication bactérienne en ciblant la synthèse des protéines (clindamycine).
Les antibiotiques peuvent être classés plus généralement en fonction du spectre des agents pathogènes bactériens qu'ils peuvent traiter.
Les antibiotiques à spectre étroit, comme la pénicilline G, ne peuvent cibler et tuer que quelques espèces bactériennes, principalement des bactéries Gram-positives.
D'autres, comme la tétracycline, sont efficaces contre de nombreux types de bactéries (Gram-positives et Gram-négatives) et sont désignés comme antibiotiques à large spectre.
Gram-positif et Gram-négatif font référence à la structure de la paroi cellulaire des bactéries. Les bactéries Gram-positives ont une couche externe plus épaisse de peptidoglycane, tandis que les Gram-négatives ont une couche de peptidoglycane beaucoup plus fine suivie d'une couche de membrane externe.
Tout comme les antibiotiques sont devenus un outil de base de la médecine moderne au cours des 70 dernières années, leur utilisation excessive et abusive augmente aujourd'hui l'un des dilemmes les plus redoutés de la médecine, l'émergence de bactéries résistantes aux antibiotiques et impossibles à traiter.
La résistance antibiotique
Les antibiotiques sont de moins en moins efficaces pour tuer les bactéries qui étaient autrefois sensibles aux antibiotiques. Il en résulte des bactéries qui ne sont pas inhibées par les antibiotiques fréquemment utilisés, également appelées bactéries résistantes aux antibiotiques. Les bactéries résistantes aux antibiotiques sont en train de devenir l'un des problèmes de santé les plus graves du 21ème siècle car elles entraveront notre capacité à traiter efficacement les maladies bactériennes infectieuses.
Depuis l'apparition de la pénicilline au siècle dernier, de plus en plus de bactéries sont devenues résistantes à tous les antibiotiques découverts et disponibles aujourd'hui. L'apparition de bactéries résistantes aux antibiotiques est un phénomène naturel. L'ADN des bactéries, comme celui de tous les autres organismes, mute. Lorsque l'ADN mute, cela peut amener la bactérie à produire différentes protéines qui peuvent lui conférer une résistance à un certain antibiotique.
Un antibiotique ne fonctionne que parce qu'il se lie à une certaine cible protéique bactérienne. Si cette cible protéique change à cause d'une mutation, alors cet antibiotique peut cesser d'être efficace pour cibler cette bactérie particulière. D'autres mutations peuvent donner naissance à des protéines qui détruisent l'antibiotique lui-même ou le rendent inefficace en le bloquant sur son site cible.
L'existence de ces bactéries est un phénomène que la sélection naturelle décrit le mieux. Cependant, la surutilisation systématique des antibiotiques entraîne ce processus et accélère la sélection naturelle, ce qui fait que les gènes conférant la résistance ont plus de chances de se propager. Les bactéries présentant des caractéristiques plus favorables, comme le fait de contrer l'action des antibiotiques, survivront dans un environnement de pression sélective créé par la surutilisation des antibiotiques.
Ces bactéries auront la possibilité de propager leur matériel génétique à d'autres bactéries. Au fil du temps, la population bactérienne sera de plus en plus composée de bactéries résistantes aux antibiotiques, et des souches de bactéries très dangereuses comme le SARM (Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline) et le Clostridium difficile apparaîtront.
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La pression sélective antibiotique exercée sur les bactéries a des effets particulièrement rapides parce que les bactéries échangent du matériel génétique avec une grande promiscuité. Le transfert des gènes de résistance aux antibiotiques peut se faire par deux mécanismes :
transfert vertical de gènes – le matériel génétique est transmis par la reproduction, la cellule bactérienne se divisant par fission binaire et transmettant les gènes mutés aux cellules filles. Les bactéries se divisent si fréquemment que des millions de copies peuvent être faites en quelques heures ;
transfert horizontal de gènes – le matériel génétique (en particulier les plasmides) peut être directement transféré entre différentes espèces de bactéries grâce à la conjugaison bactérienne, par laquelle un tube relie deux bactéries et permet de copier et de transférer le matériel. Cela signifie qu'un gène qui confère une résistance à un antibiotique peut apparaître dans une espèce et être transmis à une autre espèce.
La propagation des bactéries résistantes aux antibiotiques deviendra un dilemme encore plus problématique, car la course est lancée pour trouver de nouveaux antibiotiques avant que la résistance ne soit développée aux antibiotiques les plus puissants disponibles actuellement. À l'avenir, pour résoudre ce problème, il faudra notamment réduire complètement les possibilités pour les bactéries de développer une résistance, par exemple :
minimiser l'utilisation d'antibiotiques et utiliser des antibiotiques à spectre étroit plutôt qu'à large spectre ;
réduire l'utilisation d'antibiotiques dans l'agriculture pour prévenir les infections ;
s'assurer que les patients terminent leur traitement antibiotique, afin qu'il n'y ait aucune possibilité d'apparition de résistance chez les bactéries survivantes.
Antibiotiques - Points clés
- Les antibiotiques sont des médicaments antibactériens largement utilisés pour traiter les maladies infectieuses bactériennes en ciblant exclusivement la cellule bactérienne et non son organisme hôte.
- Les antibiotiques agissent soit en tuant directement la bactérie (bactéricide), soit en stoppant sa croissance et sa capacité à se multiplier (bactériostatique). Les antibiotiques interfèrent avec des structures/processus tels que la synthèse de la paroi cellulaire bactérienne, l'activité des protéines de la membrane cellulaire, la réplication de l'ADN bactérien et la synthèse des protéines.
- Les antibiotiques ne peuvent pas traiter les infections virales car ils ne peuvent pas agir sur les virus.
- Les antibiotiques sont généralement classés en fonction de leur structure chimique et peuvent aussi être divisés en antibiotiques à spectre étroit et à large spectre.
- Les antibiotiques sont de moins en moins efficaces pour tuer les bactéries qui y étaient autrefois sensibles. Ce sont les bactéries résistantes aux antibiotiques.
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