Antibiorésistance : variation génétique bactérienne

Mutations spontanées ou induites dans des populations bactériennes immenses ; antibiogramme et CMI ; protocole d’apparition de mutants résistants et taux d’apparition des résistances ; sélection des résistants par les antibiotiques, compétition et multirésistance ; usages en santé humaine, vétérinaire et agricole et bases de données ; santé publique et usage responsable des antibiotiques.

À propos de cette page

Cinq problèmes sur documents : une infection urinaire résistante à l’amoxicilline, la sélection par paliers sur la MEGA-plate de Harvard, consommation et résistances dans quatre pays d’Europe, élevages, vergers de Californie et colistine, puis l’expérience suédoise de Kronoberg sur le coût de la résistance.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document en entier : titre, source et année, unité, type d’indicateur (pourcentage, incidence, consommation, CMI, diamètre).
Je fais d’abord les calculs dans l’ordre où l’énoncé les utilise : générations, effectif × fréquence, dilutions, évolutions par rapport à la valeur de départ.
Je compare au bon témoin : seuil propre à l’antibiotique, boîte sans antibiotique, situation avant traitement, autre pays mesuré avec la même méthode.
J’explique par la sélection : mutants présents avant, sensibles éliminées, résistantes multipliées ; je précise le milieu dans lequel la résistance est un avantage.
Je conclus avec prudence : une corrélation n’est pas une preuve, et je relie le résultat à une mesure de bon usage.

Problème 1 · Une infection urinaire qui récidive★★★Facile

Document 1 — L’antibiogramme. Une patiente souffre d’une infection urinaire due à Escherichia coli. La souche est étalée sur une gélose où l’on dépose des disques imprégnés d’antibiotiques ; après 24 h, on mesure le diamètre de la zone sans bactéries autour de chaque disque. La souche est sensible si le diamètre mesuré est supérieur ou égal au diamètre critique.

Antibiotique	Diamètre mesuré (mm)	Diamètre critique (mm)
Amoxicilline	7	16
Céfotaxime	29	23
Gentamicine	18	17
Ciprofloxacine	20	25

Document 2 — Les antécédents. La patiente a pris plusieurs traitements d’amoxicilline au cours de l’année.

Document 3 — Le traitement en cours. Se sentant mieux au troisième jour d’un traitement efficace, elle veut l’arrêter.

1. Amoxicilline (S ou R) :
7 < 16 : R.
2. Céfotaxime (S ou R) :
29 ≥ 23 : S.
3. Gentamicine (S ou R) :
18 ≥ 17 : S, de justesse, mais la règle s’applique.
4. Ciprofloxacine (S ou R) :
20 < 25 : R.
5. Nombre d’antibiotiques que le médecin peut prescrire :
2 : céfotaxime ou gentamicine. Prescrire de l’amoxicilline ou de la ciprofloxacine serait inutile et sélectionnerait encore des bactéries résistantes.
6. Parmi les bactéries de la patiente, certaines résistaient déjà à l’amoxicilline : à chaque traitement, l’antibiotique a éliminé les sensibles et les résistantes.
Il les a sélectionnées : elles ont survécu puis se sont multipliées sans concurrence ; les prises répétées ont produit une population résistante.
7. Au troisième jour, la population bactérienne a diminué sans disparaître ; les bactéries qui restent sont souvent les sensibles.
Les moins sensibles : un arrêt précoce les laisse se multiplier, avec un risque de rechute et de sélection d’une souche plus résistante. La durée prescrite doit être respectée.

Problème 2 · La MEGA-plate : des bactéries face à des bandes d’antibiotique★★★Moyen

Document 1 — Le dispositif. En 2016, l’équipe de Michael Baym (Harvard) coule une gélose de 120 cm × 60 cm divisée en bandes. Les bandes extérieures ne contiennent pas d’antibiotique ; vers le centre, les bandes contiennent du triméthoprime à 3, 30, 300 puis 3 000 fois la CMI de la souche de départ. Des E. coli sensibles sont déposées dans les bandes extérieures.

Document 2 — Le résultat. Les bactéries envahissent d’abord les bandes sans antibiotique, puis s’arrêtent au bord de chaque bande plus concentrée. Après un temps d’arrêt, quelques colonies franchissent la limite et envahissent la bande, et ainsi de suite. En une dizaine de jours, des bactéries atteignent la bande à 3 000 fois la CMI ; avec la ciprofloxacine, il leur faut environ 12 jours.

Document 3 — Une observation des auteurs. Ce ne sont pas toujours les mutants les plus résistants qui avancent en tête : souvent, ce sont les premiers arrivés au bord d’une bande, les plus résistants progressant derrière eux.

1. D’une bande à antibiotique à la suivante, la concentration est multipliée par
30 ÷ 3 = 300 ÷ 30 = 3 000 ÷ 300 = 10.
2. La bande centrale est fois plus concentrée que la première bande à antibiotique.
3 000 ÷ 3 = 1 000.
3. Pour atteindre la bande centrale, les bactéries doivent franchir paliers de concentration.
De la bande sans antibiotique à 3, puis 30, 300 et 3 000 fois la CMI : 4 paliers. Celles qui envahissent la bande centrale ont une CMI au moins 3 000 fois plus élevée que la souche déposée.
4. Le temps d’arrêt au bord de chaque bande correspond à l’attente d’une qui permet de se multiplier à la concentration suivante.
Une mutation : elle apparaît au hasard chez une bactérie du front ; dès qu’elle confère une résistance suffisante, sa descendance envahit la bande.
5. Chaque bande élimine les bactéries qui n’ont pas la résistance suffisante et laisse proliférer les autres : chaque bande exerce une
Une pression de sélection : la résistance augmente par étapes, chaque mutation étant sélectionnée à son tour.
6. Si l’on déposait la souche de départ directement sur une bande à 3 000 fois la CMI, on observerait colonie.
Aucune : il faudrait qu’une bactérie porte d’emblée toutes les mutations nécessaires, dont la fréquence (produit de fréquences très faibles) est infime. Les paliers rendent possible ce qu’un saut unique empêche.
7. Chez un malade, une situation comparable aux paliers est créée par des concentrations trop faibles, par exemple un
Un sous-dosage (ou des traitements interrompus, répétés) : il laisse survivre des bactéries un peu moins sensibles, qui servent de point de départ à la mutation suivante.
8. D’après le document 3, un mutant très résistant apparu derrière le front reste bloqué : devant lui, la place est déjà prise par des bactéries moins résistantes, qui sont ses
Ses compétitrices : la sélection ne retient pas forcément le mutant le plus résistant ; il faut aussi qu’il apparaisse au front, là où rien ne lui dispute l’espace et les nutriments (Baym et al., 2016).

Problème 3 · Consommation d’antibiotiques et résistances en Europe★★★Moyen

Document 1 — Consommation d’antibiotiques en ville en 2024, en doses définies journalières pour 1 000 habitants et par jour. Sources : ECDC (ESAC-Net) ; pour la France, Santé publique France.

Pays-Bas	Moyenne UE/EEE	France	Grèce
9,0	18,8	22,1	27,8

Document 2 — Incidence des bactériémies en 2024, en cas pour 100 000 habitants. Source : ECDC (EARS-Net).

	Pays-Bas	Moyenne UE	France	Grèce
K. pneumoniae résistante aux carbapénèmes	0,09	3,51	0,19	14,89
S. aureus résistant à la méticilline (SARM)	0,59	4,48	3,06	5,54

Document 3 — Une politique hospitalière. En France, le Haut Conseil de la santé publique recommande depuis 2013 de dépister dès leur admission, et de soigner sous précautions renforcées, les patients à risque de porter des bactéries hautement résistantes, comme les entérobactéries productrices de carbapénémases : patients transférés d’un hôpital étranger ou ayant déjà été porteurs.

1. La consommation de ville de la Grèce est fois celle des Pays-Bas (au dixième).
27,8 ÷ 9,0 ≈ 3,09, soit 3,1.
2. L’incidence des K. pneumoniae résistantes aux carbapénèmes en Grèce est fois celle des Pays-Bas (à l’unité).
14,89 ÷ 0,09 ≈ 165,4, soit 165.
3. L’incidence des SARM en Grèce est fois celle des Pays-Bas (au dixième).
5,54 ÷ 0,59 ≈ 9,39, soit 9,4.
4. Pour les Pays-Bas, la moyenne et la Grèce, plus la consommation est forte, plus l’incidence des bactéries résistantes est
Plus élevée : les trois séries vont dans le même sens, ce qui est cohérent avec la sélection des résistantes par l’usage des antibiotiques.
5. La consommation française dépasse la moyenne UE/EEE de doses pour 1 000 habitants et par jour.
22,1 − 18,8 = 3,3.
6. Pourtant, l’incidence française des K. pneumoniae résistantes aux carbapénèmes est environ fois plus faible que la moyenne UE (à l’unité).
3,51 ÷ 0,19 ≈ 18,5, soit environ 18 fois : la consommation n’explique pas tout. Le document 3 montre un autre facteur : dépister et isoler les porteurs empêche la transmission entre patients.
7. Le lien entre consommation et résistance établi à partir de ces pays est une corrélation : à elle seule, elle ne prouve pas une relation de
De cause à effet : d’autres différences entre pays (hygiène, organisation des hôpitaux, dépistage) peuvent jouer. Le mécanisme de sélection la rend toutefois plausible.
8. La valeur française vient d’une autre source que les autres. Pour comparer des pays sans biais, il faut des données recueillies avec la même
La même méthode (même définition de la ville, mêmes doses de référence) : c’est l’intérêt d’un réseau européen comme ESAC-Net.

Problème 4 · Élevages, vergers et « Une seule santé »★★★Difficile

Document 1 — L’élevage en France (Anses, rapport 2024). Le plan Écoantibio 1 (2012-2016) visait une baisse de 25 % en 5 ans de l’exposition des animaux aux antibiotiques ; elle a été de 37 % en 2016 (par rapport à 2011). De 2011 à 2024, l’exposition a baissé de 48,7 % au total, de 95,2 % pour les céphalosporines de dernières générations, de 87,0 % pour les fluoroquinolones et de 80,9 % pour la colistine. Dans l’Union européenne, les antibiotiques facteurs de croissance sont interdits depuis 2006 ; depuis le 28 janvier 2022, on ne peut plus donner d’aliments contenant un antibiotique à un groupe d’animaux à titre préventif.

Document 2 — Des vergers en Californie. En 1970 et 1971, des producteurs de poires de la vallée du Sacramento pulvérisent de la streptomycine 12 à 18 fois par saison contre le feu bactérien, dû à la bactérie Erwinia amylovora. En 1971, le traitement échoue : des souches résistantes à la streptomycine sont découvertes dans plusieurs vergers. Elles y sont encore détectées 6 ans après l’arrêt des pulvérisations.

Document 3 — La colistine. Antibiotique ancien, la colistine est devenue un traitement de dernier recours chez l’humain contre certaines bactéries multirésistantes. En novembre 2015, des chercheurs décrivent une résistance à la colistine capable de passer d’une bactérie à une autre, trouvée chez des animaux d’élevage et chez des humains. La France renforce alors la surveillance de son usage vétérinaire.

1. Écoantibio 1 : avec un indice 100 en 2011, l’exposition des animaux vaut en 2016.
100 × (1 − 0,37) = 63.
2. L’objectif a été dépassé de points.
37 − 25 = 12 points.
3. Céphalosporines de dernières générations : un indice 100 en 2011 vaut en 2024.
100 × (1 − 0,952) = 4,8 : leur usage vétérinaire a presque disparu.
4. En 1971, avec 12 à 18 pulvérisations par saison, les bactéries des vergers subissent une pression de sélection presque
Presque permanente : chaque pulvérisation élimine les sensibles et laisse proliférer les rares mutants résistants, jusqu’à l’échec du traitement.
5. Les souches résistantes persistent 6 ans sans streptomycine : dans ce cas, le coût de la résistance est
Faible : sans désavantage net, les résistantes ne sont pas éliminées par les sensibles une fois l’antibiotique arrêté.
6. Une bactérie résistante sélectionnée dans un élevage peut atteindre l’humain, par exemple par les
Par les aliments, les contacts avec les animaux ou l’environnement (déjections, eaux) : c’est pourquoi réduire la colistine en élevage protège un antibiotique de dernier recours humain.
7. Donner un antibiotique à tout un groupe d’animaux non malades, comme l’interdit le règlement de 2022, est un traitement
Préventif : il expose des milliards de bactéries sans nécessité, donc sélectionne des résistances sans soigner personne.

Problème 5 · Réduire l’usage suffit-il à faire reculer une résistance ?★★★Difficile

Document 1 — Une expérience à l’échelle d’une région (Sundqvist et al., 2010). Dans le comté de Kronoberg, en Suède, les médecins réduisent volontairement de 85 % pendant 24 mois les prescriptions de triméthoprime. La part des E. coli urinaires résistantes au triméthoprime ne baisse pas : l’intervention ne fait que freiner très légèrement sa hausse. Les auteurs ne mesurent pas de coût de la résistance chez ces souches, et notent que beaucoup d’entre elles résistent aussi à d’autres antibiotiques, toujours utilisés.

Document 2 — Deux mutants en compétition (valeurs choisies). On mélange à parts égales une souche sensible S et un mutant résistant, puis on cultive 200 générations sans antibiotique. Mutant R1 : 50 % au départ, 12 % à la fin. Mutant R2, qui porte la même mutation de résistance et une seconde mutation compensatrice : 50 % au départ, 49 % à la fin.

1. Pendant l’expérience de Kronoberg, l’usage du triméthoprime représente % de l’usage habituel.
100 − 85 = 15 %.
2. Le mutant R1 recule de points en 200 générations.
50 − 12 = 38 points.
3. À la fin, le rapport R1/S vaut (au centième).
12 ÷ 88 ≈ 0,136, soit 0,14, contre 1 au départ.
4. Les souches de Kronoberg se comportent comme le mutant
Comme R2, dont la part reste presque stable (50 % → 49 %) : la mutation compensatrice a effacé le coût de la résistance. Sans coût mesurable, rien ne fait reculer ces souches quand l’antibiotique se raréfie.
5. Une souche résistante au triméthoprime et à un antibiotique B encore prescrit continue d’être sélectionnée par
Par B : en éliminant les bactéries sensibles à B, il favorise aussi la résistance au triméthoprime portée par les mêmes souches (co-sélection).
6. Une résistance installée recule peu : il vaut mieux son apparition et sa diffusion.
Prévenir : bon usage dès le départ, hygiène, vaccination ; réduire l’usage reste utile, mais ne suffit pas à revenir en arrière.

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