La forme de la bactérie : un élément clé de la synergie entre phages et antibiotiques
En thérapie, phages et antibiotiques sont souvent combinés pour lutter contre les bactéries multirésistantes. Dans un article publié dans PLoS Pathogens, des scientifiques révèlent comment certains antibiotiques, en modifiant la forme des bactéries, facilitent l’action des virus qui les attaquent. Ces découvertes permettent de mieux comprendre la synergie entre antibiotiques et phages et d’envisager de nouveaux traitements contre les infections résistantes.
La phagothérapie pour renforcer l’action des antibiotiques
Face à la menace croissante des infections résistantes aux antibiotiques, la phagothérapie, qui consiste à utiliser des virus spécifiques de bactéries appelés bactériophages, suscite un regain d’intérêt. Ces virus ont la capacité naturelle d’infecter et de détruire des bactéries spécifiques. Dans les traitements compassionnels, il est possible d’associer antibiotiques et bactériophages, mais leurs interactions restent mal comprises. Pour un usage thérapeutique optimal, il est donc nécessaire de mieux connaître l’effet des antibiotiques sur la prédation exercée par les phages. Une question importante se pose alors : comment ces deux antibactériens peuvent-ils agir en synergie ?
Quand les antibiotiques favorisent l’action des phages
Lorsqu’un phage infecte des bactéries sur une surface solide (comme une boîte de Petri), il crée des zones claires, appelées « plages de lyse », où les bactéries ont été détruites. La taille et la vitesse d’expansion de ces plaques dépendent de nombreux facteurs : le type de phage, la consistance du milieu mais aussi l’état physiologique des bactéries hôtes.
Différentes études ont montré que certains antibiotiques utilisés à faible dose, favorisent la propagation de l’épidémie par les phages, un phénomène appelé synergie phage-antibiotique (PAS).
Ces travaux, publiés dans la revue PLoS Pathogens, révèlent que cet effet provient de deux types de modifications de la forme des bactéries induites par les antibiotiques :
- certains provoquent la filamentation des cellules, allongeant leur forme et augmentant la probabilité de rencontres entre phages et bactéries,
- d’autres rendent les cellules plus rondes, facilitant ainsi la diffusion des phages dans le milieu.
Afin de mimer les modifications de morphologie observées en présence d’antibiotiques les scientifiques ont utilisé la technologie dCas9, une version modifiée du système CRISPR-Cas9 qui empêche l’expression des gènes ciblés sans couper l’ADN. Cette approche a permis de modifier la morphologie cellulaire de façon contrôlée et de montrer que la forme des bactéries joue un rôle clé dans l’efficacité de la prédation par deux phages modèles (T5 et T7) infectant la bactérie Escherichia coli : les cellules filamenteuses produisent notamment davantage de virions infectieux par cellule.
L’observation dynamique de la formation des plages de lyse a également permis de développer un modèle mathématique décrivant comment les changements de morphologie influencent la vitesse et la taille des zones de lyse. Ce modèle peut simuler différentes conditions expérimentales et prédire l’efficacité de la prédation en fonction de la physiologie des bactéries hôtes.
Ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension des synergies entre phages et antibiotiques et pourraient permettre à terme de concevoir des traitements combinés plus efficaces contre les infections bactériennes multirésistantes.
The shape of the bacterium: a key element of the synergy between phages and antibiotics
In therapy, phages and antibiotics are often combined to fight multi-resistant bacteria. In an article published in PLoS Pathogens, scientists reveal how certain antibiotics, by modifying the shape of bacteria, facilitate the action of the viruses that attack them. These findings allow us to better understand the synergy between antibiotics and phages and envisage new treatments for resistant infections.
Phage therapy to reinforce the action of antibiotics
Faced with the growing threat of antibiotic-resistant infections, phage therapy — which involves using virus specific to bacteria called bacteriophages — is enjoying renewed interest. These viruses have a natural ability to infect and destroy specific bacteria. In compassionate-use treatments, it is possible to combine antibiotics and bacteriophages, but their interactions remain poorly understood. For optimal therapeutic use, it is therefore necessary to better understand the effect of antibiotics on predation exerted by phages. An important question then arises: how can these two antibacterial agents act in synergy?
When antibiotics favour the action of phages
When a phage infects bacteria on a solid surface (like a Petri dish), it creates clear zones called “lysis plaques,” where the bacteria have been destroyed. The size and rate of expansion of these plaques depend on many factors: the type of phage, the consistency of the medium but also the physiological state of the host bacteria. Various studies have shown that some antibiotics used at low doses favour the spread of the phage epidemic — a phenomenon called phage-antibiotic synergy (PAS).
This work, published in PLoS Pathogens, reveals that this effect arises from two types of modifications of the shape of bacteria induced by antibiotics:
some cause cell filamentation, elongating their shape and increasing the probability of encounters between phages and bacteria,
others make cells rounder, thus facilitating phage diffusion in the medium.
In order to mimic the morphological changes observed in the presence of antibiotics, the scientists used the dCas9 technology, a modified version of the CRISPR-Cas9 system that prevents expression of targeted genes without cutting the DNA. This approach made it possible to modify cell morphology in a controlled way and to show that bacterial shape plays a key role in predation efficiency by two model phages (T5 and T7) infecting the bacterium Escherichia coli: filamentous cells in particular produce more infectious virions per cell.
Dynamic observation of lysis plaque formation also enabled development of a mathematical model describing how morphological changes influence the speed and size of lysis zones. This model can simulate different experimental conditions and predict predation efficiency depending on the physiology of host bacteria.
These results open the way to a better understanding of the synergies between phages and antibiotics and could eventually enable the design of more effective combined treatments against multi-resistant bacterial infections.
Figure : La taille des plages de lyse est corrélée à l’effet de certains antibiotiques sur la morphologie bactérienne. (Gauche) Microscopie à contraste de phase de microcolonies d’E. coli piégées en milieu semi-solide, en présence de concentrations sublétales d’antibiotiques. (Droite) La taille des plages de lyse produites par le phage T5 sur E. coli MG1655 augmente en présence de doses sublétales de certains antibiotiques qui affectent la morphologie des cellules. Ciprofloxacin (Cp), ceftazidime (Cz), mecillinam (Mc), chloramphenicol (Cm), kanamycin (Km).
Figure: The size of lysis zones correlates with the effect of certain antibiotics on bacterial morphology. (Left) Phase-contrast microscopy of E. coli microcolonies trapped in a semi-solid medium in the presence of sublethal concentrations of antibiotics. (Right) The size of the lysis zones produced by phage T5 on E. coli MG1655 increases in the presence of sublethal doses of certain antibiotics that affect cell morphology. Ciprofloxacin (Cp), ceftazidime (Cz), mecillinam (Mc), chloramphenicol (Cm), kanamycin (Km).
Bulssico J, Panigrahi S, Matveeva M, Ginet N, Ansaldi M. Antibiotic-induced morphological changes enhance phage predation. PLoS Pathog. 2025 Oct 3;21(10):e1013546. doi: PMID: 41042833; PMCID: PMC12510666.