Les scientifiques provoquent la destruction d’une bactérie mortelle de l’intérieur vers l’extérieur

Des chercheurs de l’Université Northwestern ont réussi à faire en sorte qu’un agent pathogène mortel se détruise de l’intérieur.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont modifié l’ADN d’un bactériophage, ou « phage », un type de virus qui infecte et se réplique au sein des bactéries. Ensuite, l’équipe de recherche a mis l’ADN à l’intérieur Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), une bactérie mortelle qui est également très résistante aux antibiotiques. À l’intérieur de la bactérie, l’ADN a contourné les mécanismes de défense de l’agent pathogène et s’est assemblé en virions, qui ont traversé la cellule de la bactérie pour la tuer.

S’appuyant sur l’intérêt croissant pour les « thérapies par les phages », les travaux expérimentaux représentent une étape cruciale vers le développement de virus sur mesure comme nouveaux traitements pour tuer les bactéries résistantes aux antibiotiques. Ils révèlent également des informations importantes sur le fonctionnement interne des phages, un domaine mal compris. de la biologie.

L’étude est publiée mercredi 24 janvier dans la revue Microbiology Spectrum.

“La résistance aux antimicrobiens est parfois qualifiée de” pandémie silencieuse “”, a déclaré Erica Hartmann de Northwestern, qui a dirigé les travaux. « Le nombre d’infections et de décès dus à des infections augmente dans le monde entier. C’est un énorme problème. La phagothérapie est apparue comme une alternative inexploitée à notre dépendance à l’égard de l’utilisation des antimicrobiens. Mais à bien des égards, les phages constituent la « dernière frontière » de la microbiologie. » Nous ne savons pas grand-chose à leur sujet. Plus nous en apprendrons sur le fonctionnement des phages, plus nous serons en mesure de développer des thérapies plus efficaces. Notre projet est révolutionnaire dans la mesure où nous apprenons la biologie des phages en temps réel à mesure que nous les concevons. »

Microbiologiste d’intérieur, Hartmann est professeur agrégé de génie civil et environnemental à la McCormick School of Engineering de Northwestern et membre du Center for Synthetic Biology.

Besoin désespéré d’alternatives aux antibiotiques

Combinée à l’utilisation croissante des antimicrobiens, la montée de la résistance aux antimicrobiens représente une menace urgente et croissante pour la population mondiale. Selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC), près de 3 millions de cas de résistance aux antimicrobiens surviennent chaque année aux États-Unis. Aux seuls États, les infections ont entraîné la mort de plus de 35 000 personnes.

La crise croissante a motivé les chercheurs à rechercher des alternatives aux antibiotiques, dont l’efficacité ne cesse de décliner. Ces dernières années, les chercheurs ont commencé à explorer les thérapies phagiques. Mais même s’il existe des milliards de phages, les scientifiques en savent très peu sur eux.

Pour chaque bactérie existante, il existe des dizaines de phages. Il existe donc un nombre astronomique de phages sur Terre, mais nous n’en connaissons qu’une poignée. Nous n’avions pas forcément la motivation pour vraiment les étudier. Maintenant, la motivation est là et nous augmentons le nombre d’outils dont nous disposons pour leurs études.

Erica Hartmann, Université Northwestern

Traitement sans effets secondaires

Pour explorer les thérapies phagiques potentielles, les chercheurs localisent ou modifient un virus existant pour attaquer sélectivement une infection bactérienne sans affecter le reste du corps. Idéalement, les scientifiques pourraient un jour adapter un phage thérapeutique pour infecter une bactérie spécifique et développer des traitements « à la carte » dotés de caractéristiques précises pour traiter des infections individuelles.

“La particularité des phages est que, contrairement aux antibiotiques, ils peuvent être très spécifiques”, a déclaré Hartmann. « Par exemple, si vous prenez un antibiotique pour une infection des sinus, cela perturbe tout le tractus gastro-intestinal. La phagothérapie peut être conçue pour cibler uniquement l’infection.

Alors que d’autres chercheurs ont étudié les thérapies par les phages, presque tous les chercheurs étudiés se sont concentrés sur l’utilisation des phages pour l’infection. Escherichia coli. Cependant, Hartmann a décidé de se concentrer sur ce point. P. aeruginosa, l’un des cinq agents pathogènes humains les plus mortels. Particulièrement dangereux pour les personnes dont le système immunitaire est affaibli, P. aeruginosa est l’une des principales causes d’infections nosocomiales et infecte souvent les patients présentant des brûlures ou des plaies chirurgicales, ainsi que les poumons des personnes atteintes de mucoviscidose.

“Il s’agit d’un agent pathogène multirésistant hautement prioritaire qui préoccupe beaucoup de personnes”, a déclaré Hartmann. « Il est extrêmement résistant aux médicaments, il est donc urgent de développer des thérapies alternatives. »

Mimer une infection, contourner les défenses

Hartmann et son équipe ont commencé l’étude P. aeruginosa Bactéries et ADN purifié de plusieurs phages. Ensuite, ils ont utilisé l’électroporation – ; une technologie qui fournit des impulsions électriques courtes et à haute tension – ; pour percer des trous temporaires dans la cellule externe de la bactérie. L’ADN du phage est entré dans la bactérie par ces trous pour imiter le processus d’infection.

Dans certains cas, les bactéries ont reconnu l’ADN comme un corps étranger et l’ont déchiqueté pour se protéger. Mais après que l’équipe de Hartmann ait optimisé le processus en utilisant la biologie synthétique, il a réussi à désactiver les mécanismes d’autodéfense antiviraux de la bactérie. Dans ces cas, l’ADN a réussi à transporter l’information dans la cellule, ce qui a donné naissance à des virions qui ont tué la bactérie.

“Là où nous avons réussi, vous pouvez voir des taches sombres sur les bactéries”, a déclaré Hartmann. « Ici, les virus sortent des cellules et tuent toutes les bactéries. »

Après ce succès, l’équipe de Hartmann a introduit l’ADN de deux phages supplémentaires naturellement incapables d’infecter leur souche. P. aeruginosa. Une fois de plus, le processus a fonctionné.

Production de phages dans une cellule

Non seulement le phage a tué la bactérie, mais celle-ci a également craché des milliards de phages supplémentaires. Ces phages peuvent ensuite être utilisés pour tuer d’autres bactéries, comme celles qui provoquent une infection.

Ensuite, Hartmann prévoit de modifier davantage l’ADN du phage pour optimiser les thérapies potentielles. Son équipe étudie actuellement les phages émis P. aeruginosa.

« Il s’agit d’une étape importante dans le développement des phagothérapies », a-t-elle déclaré. “Nous pouvons étudier nos phages pour décider lesquels développer et finalement les produire en masse à des fins thérapeutiques.”

L’étude, « Une approche de biologie synthétique pour assembler et redémarrer les phages queue de Pseudomonas aeruginosa cliniquement pertinents », a été soutenue par la Fondation Walder, la National Science Foundation et les National Institutes of Health.