« Les niveaux cliniques d’antibiotiques peuvent provoquer un stress oxydatif qui peut entraîner des dommages à l’ADN, aux protéines et aux lipides dans les cellules humaines, mais cet effet peut être atténué par les antioxydants », a déclaré Jim Collins, Ph.D., qui a dirigé l’étude. Collins, pionnier de la biologie synthétique et membre de la Core Faculty du Wyss Institute, est également le William F. Warren Distinguished Professor de l’université de Boston, où il dirige le Center of Synthetic Biology.
Les médecins prescrivent souvent des antibiotiques en toute liberté, pensant qu’ils nuisent aux bactéries tout en laissant les tissus humains indemnes. Mais au fil des ans, les rapports se sont accumulés sur les effets secondaires occasionnels de divers antibiotiques, notamment des tendinites, des problèmes d’oreille interne et une perte d’audition, des diarrhées, une altération de la fonction rénale et d’autres problèmes.
Collins soupçonnait que ces effets secondaires se produisaient lorsque les antibiotiques déclenchaient un stress oxydatif — un état dans lequel les cellules produisent des molécules d’oxygène chimiquement réactives qui endommagent l’ADN et les enzymes de la bactérie, ainsi que la membrane qui entoure la cellule.
L’équipe de Collins avait déjà découvert que les antibiotiques qui tuent les bactéries le font en déclenchant un stress oxydatif chez les bactéries. Ils se sont demandé si les antibiotiques provoquaient des effets secondaires en déclenchant un stress oxydatif dans les mitochondries, un organite semblable à une bactérie qui fournit de l’énergie aux cellules humaines.
Sameer Kalghatgi, Ph.D., un ancien stagiaire postdoctoral du laboratoire de Collins qui est maintenant scientifique principal du plasma chez EP Technologies à Akron, dans l’Ohio, et Catherine S. Spina, candidate au doctorat à l’Université de Boston et chercheuse à l’Institut Wyss, ont d’abord testé si les niveaux cliniques de trois antibiotiques — ciprofloxacine, ampicilline, kanamycine — provoquent chacun un stress oxydatif dans des cellules humaines en culture. Ils ont constaté que tous ces médicaments étaient sans danger après six heures de traitement, mais qu’un traitement à plus long terme d’environ quatre jours provoquait un dysfonctionnement des mitochondries.
Kalghatgi et Spina ont ensuite effectué une série de tests biochimiques, qui ont montré que les trois mêmes antibiotiques endommageaient l’ADN, les protéines et les lipides des cellules humaines en culture — exactement ce à quoi on pourrait s’attendre en cas de stress oxydatif.
Ces résultats signifient que « les médecins ne devraient prescrire des antibiotiques que lorsqu’ils sont sollicités, et les patients ne devraient demander des antibiotiques que lorsqu’ils ont une infection bactérienne grave », a déclaré Collins.
L’équipe a également traité des souris avec les trois mêmes antibiotiques à des doses de la taille d’une souris, similaires à celles que les patients reçoivent en clinique. Le traitement à long terme avec chacun des trois antibiotiques a endommagé les lipides de l’animal et a fait chuter les niveaux de glutathion, l’un des antioxydants naturels de l’organisme — un autre signe de stress oxydatif.
Pour faire une différence dans la clinique, cependant, les scientifiques avaient encore besoin d’un moyen de prévenir le stress oxydatif induit par les antibiotiques — ou d’un moyen d’y remédier lorsqu’il se produit. Ils ont trouvé les deux. Ils ont pu prévenir le stress oxydatif en utilisant un antibiotique bactériostatique – un antibiotique tel que la tétracycline qui empêche les bactéries de se multiplier mais ne les tue pas. Ils pourraient également atténuer le stress oxydatif en épongeant les molécules d’oxygène chimiquement réactives avec un antioxydant approuvé par la FDA appelé N-acétylcystéine, ou NAC, qui est déjà utilisé pour aider à traiter les enfants atteints de fibrose kystique.
Ces nouveaux résultats font suite à deux autres percées récentes du groupe de Collins sur le traitement des antibiotiques — un rapport dans Nature montrant que les virus dans l’intestin qui infectent les bactéries abritent des gènes qui confèrent une résistance aux antibiotiques, et un autre rapport dans Science Translational Medicine montrant que l’argent peut renforcer l’efficacité de nombreux antibiotiques largement utilisés.
« Jim et son équipe avancent à la vitesse de l’éclair vers l’élucidation des mystères médicaux qui font obstacle à un traitement antibiotique sûr et efficace », a déclaré Don Ingber, M.D., Ph.D., directeur fondateur du Wyss Institute. « Les médecins savent depuis des années que les antibiotiques provoquent parfois des effets secondaires graves, et les nouvelles découvertes de Jim offrent non pas une, mais deux nouvelles stratégies passionnantes qui pourraient s’attaquer à ce problème de santé publique longtemps négligé. »
Suivant, Collins prévoit d’autres études sur les animaux pour élaborer les meilleurs moyens de remédier au stress oxydatif. Mais comme les antibiotiques bactériostatiques et la NAC sont déjà approuvés par la FDA, les médecins pourraient utiliser cette stratégie prochainement.
« Nous sommes intéressés à voir si cela pourrait être déplacé vers la clinique », a déclaré Collins.