La maladie de Crohn s'accompagne d'un déséquilibre persistant du microbiote intestinal. Parmi les bactéries associées à cette pathologie, les souches d'Escherichia coli adhérentes et invasives (AIEC) ont été impliquées dans les mécanismes de la maladie : elles colonisent les cellules épithéliales intestinales, mais surtout survivent et se multiplient à l'intérieur des macrophages. La souche de référence de ce pathovar, AIEC LF82, forme des microcolonies au sein des phagolysosomes, un compartiment pourtant toxique qui empêche la prolifération des E. coli commensales. On connaissait jusqu'ici mal l'état de croissance de LF82 dans cet environnement, ainsi que les signaux qui déclenchent sa multiplication intracellulaire.
Pour répondre à ces questions, les auteurs ont combiné analyse en cellule unique, dissection génétique et modélisation mathématique afin de suivre le statut de croissance et la régulation du cycle cellulaire des bactéries internalisées. Les infections de macrophages humains dérivés de la lignée THP1 ont été conduites à une multiplicité d'infection de 30, conduisant à observer en moyenne trois bactéries par macrophage une heure après l'infection. Des biosenseurs fluorescents, un essai de dilution de fluorescence, l'outil TIMER et des tests de protection à la gentamicine ont permis de quantifier croissance, viabilité et tolérance aux antibiotiques, tandis qu'un modèle à trois équations différentielles a reconstitué la cinétique d'infection.
Les travaux montrent qu'à l'intérieur des macrophages, les bactéries peuvent soit se répliquer, soit basculer vers un phénotype non proliférant. Ce basculement résulte de deux mécanismes successifs. Immédiatement après l'internalisation, la réponse stringente bloque le cycle réplicatif d'AIEC LF82 pendant quelques heures ; durant cette période, une fraction importante des bactéries acquiert la capacité de tolérer un traitement antibiotique. Lorsque la multiplication reprend, dans une seconde phase, elle nécessite la réparation de l'ADN, ce qui suggère que les bactéries ont accumulé des lésions au cours des premières heures de l'infection. Cette atteinte génotoxique s'accompagne de l'induction de la réponse SOS, et des bactéries non proliférantes émergent fréquemment de la population en croissance. Au total, la proportion de bactéries tolérantes aux antibiotiques atteint jusqu'à 10 % de la population. Les essais de tolérance, menés avec la ciprofloxacine, le céfotaxime et l'ofloxacine, confirment que ces cellules dormantes résistent à des antibiotiques de classes variées.
Ainsi, les contraintes rencontrées dans le milieu intracellulaire induisent une hétérogénéité phénotypique chez AIEC LF82 et génèrent des bactéries non proliférantes. Les auteurs proposent que cette sous-population constitue un réservoir de bactéries tolérantes aux antibiotiques, susceptible d'être à l'origine des infections récidivantes.