Certaines bactéries infectieuses ont développé une résistance aux antibiotiques. Des modèles mathématiques pourraient aider à concevoir des traitements.
La résistance aux antibiotiques est considérée comme l’une des principales menaces pour la santé publique mondiale, la sécurité alimentaire (santé animale et agriculture) et le développement.
Les antibiotiques sont des substances qui préviennent et traitent les infections causées par des bactéries. Leur rôle est de tuer ou d’arrêter la croissance des bactéries ; le problème actuel est qu’ils ne sont plus efficaces, ce qui met en péril les progrès de la médecine moderne.
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Pour la seule année 2019, environ 4,9 millions de décès associés à la résistance aux antimicrobiens et 1,27 million de décès directs ont été dénombrés dans le monde.
En 2050, on estime qu’ils passeront à 10 millions par an, « mais ils pourraient être beaucoup plus nombreux car la pandémie actuelle de COVID-19 a aggravé le problème », déclare María Jiménez Martínez, de l’école de médecine de l’UNAM.
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Qu’est-ce que la résistance aux antibiotiques ?
Lorsque les bactéries échappent aux mécanismes d’action des antibiotiques, on considère qu’elles ont atteint une résistance. Lorsque cela se produit, les bactéries résistantes continuent à provoquer des infections. Lorsqu’elles résistent à plusieurs types d’antibiotiques, elles sont considérées comme des “superbactéries” car elles sont multirésistantes.
La résistance aux antibiotiques n’est pas un phénomène nouveau.
Chaque année, 480 000 personnes développent une tuberculose multirésistante.
La multirésistance est particulièrement grave lorsque le patient est hospitalisé, dans un état critique ou en danger de mort car il est incapable de stopper l’infection qui peut compromettre tout le système et les organes vitaux.
« Tout comme il existe différents types d’antibiotiques, les mécanismes de résistance sont également diversifiés. Par exemple, il existe plusieurs organismes qui sécrètent des enzymes pour dégrader l’antibiotique ; une autre façon sont les pompes à flux, qui sont des protéines qui transportent activement les molécules antibiotiques de l’intérieur de la cellule vers l’extérieur, diminuant la concentration interne de l’antibiotique ; il peut aussi y avoir des changements dans la perméabilité de la membrane qui font que l’antibiotique ne peut plus entrer dans la cellule, entre autres », explique Ayari Fuentes, qui a étudié les stratégies séquentielles d’utilisation des antibiotiques dans l’évolution de la résistance lors de ses études postdoctorales au département des biosciences de l’Université d’Exeter, en Angleterre.
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Sciences fondamentales et bactéries
Un défi majeur dans le problème de la résistance aux antibiotiques est qu’on n’en génère pas de nouveaux et que ceux que nous avons ne servent plus pleinement.
« Des connaissances sont générées pour mieux comprendre les combinaisons entre les antibiotiques, ceux qui sont bons et ceux qui sont nocifs afin de pouvoir concevoir de meilleurs traitements. Ce n’est pas qu’à partir de toute cette science fondamentale, il y ait un saut immédiat vers la clinique, mais finalement toute la technologie nécessite la base et la conception qui est faite dans la science fondamentale », clarifie la chercheuse.
L’UNESCO a proposé que 2022 soit l’Année internationale des sciences fondamentales pour le développement durable, dans laquelle elle cherche à mettre en évidence les liens des contributions des sciences fondamentales avec la portée des objectifs de développement durable (ODD) adoptés en 2015 par les pays membres des Nations unies.
Parmi les défis à relever, il faut assurer la santé et le bien-être (ODD 3). On estime qu’elle dépendra de la connaissance de la biologie fondamentale avec la préservation et l’étude de la Vie sur Terre (ODD 15).
Précisément, l’une des grandes préoccupations de la résistance aux antibiotiques est la capacité des bactéries à survivre aux traitements et à propager les gènes de résistance à d’autres générations, voire à les transmettre horizontalement à d’autres organismes, avec des effets néfastes sur la pharmacologie et la santé.
Des mathématiques pour comprendre la biologie
Ayari Fuentes a étudié la physique à la faculté des sciences de l’UNAM, a fait des études doctorales au département de mathématiques de l’Imperial College de Londres et au département de biologie de l’université de Bath en postulant des modèles mathématiques de comportement coopératif dans les populations de microbes.
L’objectif du laboratoire de biologie systémique et de biologie synthétique du centre des sciences génomiques de l’UNAM est de combiner les modèles mathématiques, l’évolution expérimentale et les techniques microfluidiques pour étudier l’effet des bactéries et des antibiotiques à différentes échelles de temps et dans différents environnements.
« Les mathématiques sont une abstraction parfaite pour essayer de tester des hypothèses dans les processus, sans avoir à inclure toute la complexité inhérente à la biologie, aux bactéries elles-mêmes. Souvent, les modèles mathématiques nous informent sur les tendances, où cela pourrait aller ou où se trouve la réponse, pour des choses que nous voulons faire dans la pratique expérimentale. »
Des modèles théoriques à la rescousse
La spécialiste des biomathématiques explique qu’une théorie mathématique a déjà été développée, par exemple celle fondées sur les modèles de génétique des populations qui prédisent la croissance bactérienne, et maintenant des modèles théoriques et expérimentaux sont également construits dans lesquels les bactéries sont analysées dans différents contextes en présence d’antibiotiques.
« Avec les modèles théoriques, nous pouvons appliquer des hypothèses qui pourraient être difficiles à tester dans les modèles expérimentaux, par exemple désactiver certains gènes, ou faire des milliers de répétitions d’une expérience, et voir si cela influence la résistance aux antibiotiques. »
Comprendre la dynamique des populations bactériennes pourrait aider à concevoir de meilleurs traitements antibiotiques ou d’autres moyens de vaincre les bactéries qui causent les infections et les maladies qui nous préoccupent tant.
Liliana Moran Rodriguez, Science UNAM-DGDC
Lire l’article complet (en espagnol) sur dereporteros.com.
