Des chercheuses et chercheurs de l’EPFL ont montré que la pression physique aide la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosa à survivre aux traitements antibiotiques.Pseudomonas aeruginosa est une bactérie opportuniste capable de provoquer des infections aiguës et chroniques. Responsable de nombreuses infections nosocomiales, elle constitue également une préoccupation majeure pour les personnes atteintes de mucoviscidose dont les poumons sont encombrés d’un mucus épais favorisant sa prolifération.La bactérie se développe aussi au sein de biofilms, où les bactéries s’entourent d’une matrice élastique qu’elles produisent elles-mêmes et qui les protège. Si les échecs thérapeutiques sont souvent attribués à l’antibiorésistance, la tolérance aux antibiotiques permet aussi aux bactéries de survivre à un traitement sans pour autant posséder les modifications génétiques caractéristiques de la résistance.Dans une étude publiée dans PNAS, une équipe dirigée par Alexandre Persat à l’EPFL montre que le simple fait d’être confinée peut rendre P. aeruginosa plus tolérante aux antibiotiques. Sa recherche révèle qu’en se développant dans des matériaux élastiques serrés, les bactéries subissent une pression qui modifie leur physiologie et améliore leur survie face à plusieurs types d’antibiotiques.Reproduire la compression en laboratoirePour isoler l’effet de la pression physique, les chercheuses et chercheurs ont cultivé des cellules individuelles de P. aeruginosa dans des gels synthétiques riches en eau. Ces gels laissent circuler les nutriments et les petites molécules, tout en opposant une résistance à mesure que les amas bactériens se développent. En faisant varier la rigidité des gels, l’équipe a pu contrôler la résistance du matériau exercée sur les bactéries à mesure qu’elles se multipliaient, dissociant ainsi les effets mécaniques des effets chimiques.De plus, les scientifiques ont vérifié que les gels n’entravaient pas la diffusion des antibiotiques. Des tests de fluorescence ont montré que les petites molécules ainsi qu’un antibiotique similaire à la colistine atteignaient rapidement les amas bactériens. Toute variation du taux de survie ne pouvait donc pas être attribuée uniquement à une mauvaise pénétration du médicament.Plus l’environnement est rigide, plus les bactéries surviventL’équipe s’est d’abord intéressée à la colistine, un antibiotique de dernier recours utilisé contre certaines infections à bactéries particulièrement difficiles à traiter. Les bactéries se développant en milieu confiné ont mieux résisté à la colistine que celles cultivées librement en milieu liquide. À une concentration donnée, les bactéries confinées ont vu leur taux de survie diminuer d’environ 10 fois, tandis que celui des bactéries en milieu libre a chuté d’environ 1000 fois.Les scientifiques ont ensuite observé si la rigidité du gel influençait elle aussi la survie bactérienne. Ils ont constaté que les bactéries cultivées dans des gels plus rigides, où la pression induite par la croissance était plus élevée, survivaient davantage que celles cultivées dans des gels plus souples. À une concentration plus élevée de colistine, les amas bactériens présents dans les gels rigides survivaient environ dix fois mieux que ceux des gels souples. Les observations au microscope ont révélé une proportion plus importante de cellules vivantes dans les conditions les plus rigides.Le phénomène ne se limite pas à une seule souche de laboratoire. Le confinement a aussi augmenté la tolérance à la colistine chez une autre souche expérimentale ainsi que chez deux isolats cliniques provenant de personnes atteintes de mucoviscidose. Des résultats similaires ont été obtenus avec d’autres antibiotiques (la tobramycine, la ciprofloxacine et le méropénème). Dans tous les cas, les bactéries confinées survivaient mieux que les bactéries libres, avec une protection renforcée dans les gels les plus rigides.Un effet qui dépasse le simple ralentissement de la croissanceLe confinement physique ne fait pas que comprimer les bactéries : il ralentit aussi leur croissance. Dans les gels les plus rigides, les cellules formaient des amas plus petits et présentaient une taille réduite. Cette croissance ralentie explique probablement une partie de la tolérance observée, notamment pour les antibiotiques dont l’efficacité dépend de l’activité métabolique des bactéries.Cependant, cela ne suffit pas à expliquer l’ensemble des résultats. Une fois libérées des gels, les bactéries retrouvaient rapidement un rythme de croissance normal. Pourtant, elles restaient moins sensibles aux antibiotiques, ce qui suggère que les effets de la pression mécanique persistent au-delà de l’état de confinement.Pour comprendre les mécanismes en jeu, l’équipe a utilisé le séquençage par transposons, une méthode de criblage génétique permettant d’identifier les gènes importants dans des conditions données. Cette analyse a mis en évidence des gènes impliqués dans l’intégrité de l’enveloppe cellulaire, le remodelage des membranes, le transport d’ions et les réponses au stress.Ces travaux montrent que l’environnement physique d’une infection peut influencer l’efficacité d’un traitement antibiotique. Néanmoins, cela ne signifie pas que la pression mécanique est à elle seule responsable des échecs thérapeutiques : les sites infectieux sont également façonnés par la réponse immunitaire, les changements nutritionnels, le mucus, la structure des tissus ou encore les biofilms. L’étude ajoute toutefois la mécanique à la liste des facteurs qui déterminent la survie bactérienne.Pour les patientes et les patients, ces résultats pourraient à long terme contribuer à une meilleure compréhension des infections tenaces. Pour les chercheuses, chercheurs, cliniciens et cliniciennes, ils ouvrent également de nouvelles pistes thérapeutiques, en ciblant non seulement les gènes ou le métabolisme des bactéries, mais aussi leurs interactions avec leur environnement. Enfin, ils pourraient guider la conception de biomatériaux capables de limiter la colonisation bactérienne ou facilitant l’élimination des bactéries.FinancementFonds national suisse (FNS)EPFL SV iPhD funding programRéférencesSourabh Monnappa, Zainebe Al-Mayyah, Mahmut Selman Sakar, Alexandre Persat. Growth in confinement promotes Pseudomonas aeruginosa tolerance to antibiotics. PNAS 29 mai 2026. DOI: 10.1073/pnas.2605176123