À l’intérieur de la cellule bactérienne

La conjugaison est le transfert d’ADN d’une bactérie à une autre par contact direct, et la structure qui établit ce premier contact est le pilus sexuel, un fin tube protéique construit par la cellule donneuse. Le donneur classique porte un plasmide conjugatif tel que le plasmide F d’Escherichia coli. La séquence se déroule ainsi. Premièrement, le donneur construit le pilus et s’en sert pour s’attacher à un receveur dépourvu du plasmide ; le pilus se rétracte ensuite et rapproche les deux cellules jusqu’au contact de leurs surfaces. Deuxièmement, le donneur coupe un seul brin de l’ADN de son plasmide en un site précis appelé origine de transfert, et un complexe protéique nommé relaxosome sépare le brin coupé tandis que l’enzyme relaxase reste liée à son extrémité. Troisièmement, le brin simple libre est engagé dans un canal vers le receveur, pendant que le brin resté dans le donneur sert de matrice pour reconstruire un plasmide double brin complet : c’est la réplication en cercle roulant. Quatrièmement, le brin transféré se referme en cercle chez le receveur et est copié en ADN double brin : le receveur devient donneur à son tour et prend le nom de transconjugant. Le donneur initial n’a pas perdu son plasmide — il en a fabriqué une copie — ce qui explique que la conjugaison diffuse un gène dans une population au lieu de le diluer. Certains plasmides peuvent même passer d’une espèce à l’autre : un gène de résistance apparu chez un organisme peut réapparaître des mois plus tard chez un autre. En pratique hospitalière, c’est le mécanisme de la propagation silencieuse des bêta-lactamases à spectre étendu et des carbapénémases chez les bactéries à Gram négatif. Les gestes infirmiers agissent sur ces mêmes étapes : hygiène des mains avant et après le contact, gants et blouse, matériel à usage unique, nettoyage des surfaces partagées, isolement ou regroupement des patients colonisés et bon usage des antibiotiques réduisent tous la probabilité qu’un donneur et un receveur se rencontrent.

La différence entre le chromosome et un plasmide est celle qui sépare ce dont une cellule a absolument besoin de ce qu’elle trouve simplement utile. Le chromosome est le réplicon principal, l’unité d’ADN dotée de sa propre origine de réplication ; il porte les gènes de ménage nécessaires à la croissance, à l’énergie et à la division, et la cellule ne peut ni le perdre ni survivre sans lui. Un plasmide est un réplicon secondaire ayant sa propre origine, mais ses gènes sont accessoires : résistance, facteurs de virulence ou enzymes permettant d’utiliser des nutriments inhabituels. Ce statut explique pourquoi perdre un plasmide ne coûte généralement rien à la bactérie. En l’absence de l’antibiotique ou du nutriment particulier que visent les gènes plasmidiques, le plasmide représente une petite charge métabolique — il faut copier son ADN et fabriquer ses protéines — si bien qu’une cellule fille sans plasmide peut croître légèrement plus vite et, au fil des générations, supplanter la lignée porteuse. C’est pourquoi la résistance peut reculer lorsque l’usage des antibiotiques diminue, sans toutefois disparaître toujours : certains plasmides portent des systèmes d’addiction toxine-antitoxine qui tuent toute cellule fille les ayant perdus, et les gènes de résistance peuvent être sauvés par des transposons qui sautent dans le chromosome. Les plasmides ne se perdent pas non plus au hasard. Un plasmide à faible nombre de copies, comme le plasmide F, est réparti activement par un système par qui attache les copies à la cellule en division, tandis que les plasmides à nombre élevé de copies s’en remettent en partie au hasard ; malgré cela, un événement de perte survient peut-être une fois sur mille à une fois sur cent mille divisions. Au laboratoire, on retire délibérément les plasmides à l’aide d’agents curatifs comme l’orange d’acridine ou le bromure d’éthidium, ou par culture à une température défavorable, ce qui permet de démontrer qu’un caractère est porté par un plasmide. Deux plasmides qui partagent le même système de réplication et de partition sont incompatibles et ne peuvent se maintenir ensemble de façon stable : c’est pourquoi les familles de plasmides sont classées par groupes d’incompatibilité. Pour les soins, la leçon pratique est qu’un plasmide de résistance n’est pas un meuble définitif : réduire les antibiotiques inutiles supprime l’avantage de le porter, mais les précautions de contact restent nécessaires, car le plasmide peut revenir dès que la pression de sélection revient.

Les mésosomes méritent un paragraphe à part, car ils montrent comment un fait de manuel peut se révéler un artéfact de préparation. Dans les années 1960, les micrographies électroniques de bactéries fixées chimiquement montraient des volutes membranaires plongeant profondément dans le cytoplasme ; on les a nommées mésosomes et on leur a donné le statut d’organites, avec des rôles dans la division et la respiration. Le problème vient de la préparation. Les fixateurs comme le tétroxyde d’osmium et le glutaraldéhyde, suivis de la déshydratation, retirent l’eau d’une membrane délicate et peuvent l’effondrer en spirales artificielles ; lorsque les bactéries sont au contraire congelées très rapidement et observées en cryo-microscopie électronique, la membrane cytoplasmique est lisse. Certaines invaginations membranaires locales sont réelles, et la membrane porte assurément la chaîne respiratoire, mais le mésosome conçu comme un organite permanent comparable à une mitochondrie n’est pas soutenu par les preuves. Deux faits solides remplacent le fait contesté. Le premier est qu’un procaryote n’a pas de mitochondrie : la chaîne de transport d’électrons et l’ATP synthase se trouvent dans la membrane cytoplasmique elle-même, et la cellule y fabrique son ATP par chimiosmose, en utilisant un gradient de protons à travers la membrane pour entraîner l’enzyme. Le second est que cette membrane exposée est précisément ce que les polymyxines attaquent. La polymyxine B et la colistine sont des peptides cationiques, chargés positivement, qui se lient au lipopolysaccharide chargé négativement de la membrane externe des Gram négatif, déplacent les ions magnésium et calcium qui la stabilisent et s’insèrent dans la membrane, qui devient perméable : la cellule perd son contenu et meurt. La colistine est un médicament de dernier recours contre Acinetobacter baumannii et Pseudomonas aeruginosa résistants aux carbapénèmes, et elle est toxique pour les cellules humaines : la néphrotoxicité et la neurotoxicité sont ses effets limitants classiques, de sorte que les infirmières surveillent la diurèse et la créatinine, s’enquièrent d’un engourdissement, de vertiges ou d’une faiblesse, et respectent l’intervalle prescrit. La résistance peut apparaître lorsque la bactérie modifie la partie lipidique A du lipopolysaccharide, ce que fait précisément le gène mcr-1 porté par un plasmide : le récit du plasmide et celui de la membrane se rejoignent.

Les bactéries et les cellules humaines fabriquent toutes deux des protéines : un médicament qui arrête cette fabrication devrait donc empoisonner les deux. Les antibiotiques qui attaquent le ribosome l’évitent parce que les deux machines sont construites de pièces différentes. Le ribosome bactérien est une particule 70S formée d’une sous-unité 30S et d’une sous-unité 50S ; le ribosome humain est une particule 80S formée d’une sous-unité 40S et d’une sous-unité 60S. La différence réside surtout dans l’ARN ribosomique et dans quelques protéines, et elle suffit pour qu’un médicament se fixe fortement à la machine bactérienne et faiblement à la machine humaine. Les aminoglycosides — gentamicine, tobramycine, amikacine, streptomycine — se fixent à la sous-unité 30S et déforment le site de lecture du message : le ribosome lit alors les instructions de travers et insère le mauvais acide aminé ; les protéines anormales désorganisent la membrane, ce qui explique que les aminoglycosides soient bactéricides, c’est-à-dire qu’ils tuent au lieu de simplement bloquer la croissance. Les tétracyclines — tétracycline, doxycycline, oxytétracycline — se fixent aussi à la sous-unité 30S, mais elles empêchent l’entrée du prochain ARN de transfert : la chaîne s’arrête simplement ; ces médicaments sont bactériostatiques, c’est-à-dire qu’ils contiennent l’organisme et comptent sur les défenses du patient pour l’éliminer. La sélectivité n’est pas absolue, ce qui explique les effets indésirables. Les aminoglycosides peuvent endommager le rein et l’oreille interne, provoquant une perte auditive ou un trouble de l’équilibre, surtout lorsque les concentrations sanguines sont trop élevées ou le traitement prolongé ; les infirmières surveillent le taux résiduel, la diurèse et la créatinine, et s’enquièrent des acouphènes, des vertiges ou d’une instabilité. Les tétracyclines se lient au calcium et se déposent dans les dents et les os en croissance : on les évite pendant la grossesse et chez l’enfant de moins de huit ans environ, car elles peuvent colorer les dents en jaune-brun. Parce que le ribosome est essentiel et très ancien, la résistance apparaît là aussi : les bactéries peuvent fabriquer une enzyme qui modifie le médicament, le pomper vers l’extérieur ou modifier la cible ribosomique elle-même. Une infirmière qui comprend la cible peut donc prévoir l’effet du médicament, le résultat de laboratoire qui compte et le dommage à surveiller.