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Les mécanismes et la résistance antimicrobiens

Le mécanisme des antibiotiques bêta-lactamines

Tous les antibiotiques bêta-lactamines (y compris la pénicilline) portent un cycle bêta-lactame de forme carrée au cœur de leur structure chimique. Cette caractéristique hautement réactive est à l'origine de leurs effets antimicrobiens.

L'enzyme transpeptidase (composant vert dans la figure 1 ci-dessous) est responsable de la liaison entre les chaînes latérales d'acide muramique du peptidoglycane (représentées par les chaînes sphériques orange dans la figure 1 ci-dessous). Cette activité de liaison des mailles crée une paroi cellulaire solide.

La pénicilline (composant violet dans la figure 1) peut imiter un composant de cette chaîne latérale et ainsi se lier irréversiblement au site actif de l'enzyme, l'empêchant d'effectuer ce travail de réticulation. Cela conduit à la dégradation de la paroi cellulaire bactérienne.

La résistance aux bêta-lactamines

Les bactéries peuvent devenir résistantes aux antibiotiques bêta-lactamines de plusieurs façons :

1) La mutation du site actif de la transpeptidase : Voir l'illustration inférieure C de la figure 1. Si l'antibiotique ne peut plus se lier à l'enzyme cible en raison d'un changement de conformation, le médicament ne peut plus exercer son effet.

2) L'expression d'une enzyme lactamase : Les enzymes lactamases coupent le très important cycle de forme carrée des bêta-lactamines qui est à l'origine de l'effet de cette classe d'antibiotiques. En coupant le cycle avant que le médicament ait pu interagir avec sa cible, l'enzyme peut empêcher toute liaison entre le médicament et sa cible.

3) L'altération de la perméabilité de la membrane : Les modifications de la paroi cellulaire qui empêchent ou ralentissent la pénétration d'un médicament dans la cellule peuvent conférer un certain degré de résistance. Si le médicament ne peut pas atteindre sa cible, il ne peut pas avoir d'effet !

4) L'efflux actif du médicament : Les pompes d'efflux sont des protéines transmembranaires qui pompent les composés hors de la cellule. Si une bactérie commence à manifester une pompe capable d'éliminer rapidement un médicament, l'effet de ce médicament sera considérablement réduit.

Les illustrations supérieures présentent le mécanisme d'inhibition de l'enzyme transpeptidase. Deux rangées horizontales de sphères jaunes représentent les éléments constitutifs de la paroi cellulaire bactérienne. Entre ces rangées se trouvent des chaînes oranges verticales et parallèles de peptidoglycane qui dépassent des sphères jaunes supérieures et inférieures. Sur l'illustration supérieure gauche, ces chaînes oranges sont liées entre elles par l'action d'une molécule verte. Sur l'illustration supérieure droite, l'action de la molécule verte est inhibée par la molécule violette qui s'y rattache. Les illustrations inférieures présentent la résistance de la bactérie à l'antibiotique bêta-lactame. L'illustration de gauche présente l'action normale de l'enzyme transpeptidase, l'illustration du milieu présente l'action inhibée de l'enzyme par une molécule d'antibiotique bêta-lactame, et l'illustration de droite présente l'enzyme transpeptidase mutée qui ne se lie plus à l'antibiotique, son action n'est donc pas inhibée.

Figure 1 : La pénicilline se lie à l'enzyme transpeptidase. C'est le mode de fonctionnement de tous les antibiotiques bêta-lactames. Sur l'illustration A, l'enzyme et la pénicilline sont représentés séparément. Sur l'illustration B, on voit comment le médicament s'insère dans le site de liaison de l'enzyme, empêchant la fonction normale de l'enzyme. La résistance bactérienne aux antibiotiques bêta-lactames.