Gènes de résistance et transfert horizontal de gènes

De nombreux caractères de résistance aux antibiotiques ne sont pas seulement hérités verticalement, mais sont portés par des fragments d'ADN mobiles qui se déplacent entre les bactéries, même entre espèces différentes. Le transfert horizontal de gènes — par conjugaison, transformation et transduction — combiné à des éléments génétiques mobiles tels que les plasmides, les transposons et les intégrons, permet aux gènes de résistance de se propager rapidement au sein des populations microbiennes.

Definition

Le transfert horizontal de gènes est le mouvement de matériel génétique entre bactéries autrement que par héritage vertical ; dans le contexte de la résistance, il désigne la propagation de gènes de résistance portés par des éléments génétiques mobiles par conjugaison, transformation ou transduction.

Scope

Ce sujet aborde les gènes de résistance qui circulent comme un chargement mobile, ainsi que les véhicules génétiques et les processus qui les déplacent : les plasmides, les transposons, les séquences d'insertion, les intégrons et les cassettes de gènes, et les trois voies classiques de transfert horizontal. Il complète le sujet sur les bases génétiques, qui traite de la résistance chromosomique et mutationnelle. Le traitement est microbiologique et génétique plutôt que clinique.

Core questions

• Comment les gènes de résistance se déplacent-ils entre bactéries de la même espèce ou d'espèces différentes ?
• Quels rôles jouent les plasmides, les transposons et les intégrons dans la capture et la propagation de la résistance ?
• En quoi la conjugaison, la transformation et la transduction diffèrent-elles en tant que voies de transfert ?
• Pourquoi la mobilité accélère-t-elle la dissémination de la résistance par rapport à la seule mutation ?

Key concepts

• Conjugaison
• Transformation
• Transduction
• Plasmides
• Transposons et séquences d'insertion
• Intégrons et cassettes de gènes
• Éléments génétiques mobiles
• Régions de multirésistance

Mechanisms

Les gènes de résistance se propagent par trois voies de transfert classiques. Dans la conjugaison, l'ADN — souvent un plasmide auto-transmissible — passe d'un donneur à un receveur par contact direct de cellule à cellule ; dans la transformation, une cellule absorbe de l'ADN libre de son environnement ; et dans la transduction, un bactériophage transporte l'ADN bactérien d'un hôte à un autre. Les éléments génétiques mobiles empaquettent et concentrent les gènes de résistance pour le transfert : les plasmides servent de véhicules réplicatifs, les transposons et les séquences d'insertion relocalisent les gènes au sein et entre les réplicons, et les intégrons capturent les cassettes de gènes mobiles et les organisent sous un promoteur partagé. Ces éléments agrègent fréquemment plusieurs gènes de résistance en régions compactes de multirésistance, de sorte qu'un seul événement de transfert peut conférer une résistance à plusieurs classes de médicaments à la fois (Partridge et al., 2018; Partridge, 2011).

Clinical relevance

Le transfert horizontal explique pourquoi la résistance peut apparaître soudainement chez un organisme auparavant sensible et pourquoi les épidémies de bactéries multirésistantes peuvent partager des éléments de résistance identiques ; ceci constitue une connaissance de référence pour comprendre la propagation et la surveillance de la résistance. L'entrée décrit la biologie du transfert de gènes et ne constitue pas une base pour des traitements ou des prescriptions de contrôle des infections.

Epidemiology

Les éléments de résistance mobiles circulent largement parmi les bactéries environnementales, commensales et pathogènes, et des plasmides et cassettes portées par des intégrons identiques ou étroitement liés réapparaissent sur tous les continents. Cette mobilité, agissant sur un ancien réservoir de gènes de résistance, permet aux déterminants de se disséminer beaucoup plus rapidement que ne le prédiraient des mutations indépendantes (Davies & Davies, 2010; Partridge et al., 2018).

Evidence & guidelines

Le compte rendu des éléments mobiles et des voies de transfert ici suit des revues largement citées sur la génétique de la résistance (Partridge et al., 2018; Partridge, 2011; Munita & Arias, 2016). L'entrée est éducative et ne fournit aucune directive clinique ou de contrôle des infections.

History

La transférabilité de la résistance a été reconnue au milieu du XXe siècle lorsque la résistance a été observée passer entre bactéries entériques sur des plasmides transmissibles, alors appelés facteurs R. Les décennies suivantes ont caractérisé les transposons, les séquences d'insertion et les intégrons comme la machinerie modulaire qui capture et réarrange les gènes de résistance, établissant le transfert horizontal comme une force centrale dans l'évolution de la multirésistance (Partridge, 2011; Davies & Davies, 2010).

Key figures

• Sally R. Partridge
• Julian Davies
• Cesar A. Arias

Seminal works

• partridge-2018
• partridge-2011
• davies-davies-2010

Frequently asked questions

Quelles sont les trois façons dont les bactéries transfèrent horizontalement les gènes de résistance ?

La conjugaison (transfert direct par contact cellulaire, souvent d'un plasmide), la transformation (absorption d'ADN libre de l'environnement) et la transduction (transfert par un bactériophage).

Pourquoi les intégrons et les plasmides sont-ils importants pour la résistance ?

Ils capturent et transportent ensemble plusieurs gènes de résistance, de sorte qu'un seul événement de transfert peut déplacer la résistance à plusieurs classes d'antibiotiques à la fois, accélérant la propagation de la multirésistance.