Personnaliser les virus pour combattre les bactéries sélectionnées

L'idée d'utiliser des virus pour tuer les bactéries pathogènes n'est pas nouvelle. Mais les ajuster pour attaquer des bactéries spécifiques prend du temps et coûte cher. Désormais, les ingénieurs en biologie ont mis au point un système qui facilite grandement la modification des génomes des virus bactériens pour cibler des agents pathogènes spécifiques.
Le nouveau système personnalise les phages (en jaune) pour attaquer de manière sélective des bactéries spécifiques.
Crédit d'image: Christine Daniloff / MIT

Au c?ur du système "mix and match" se trouve un échafaudage génétique standardisé d'un bactériophage - un virus qui "mange" des bactéries. L'idée est qu'en échangeant des gènes à l'intérieur et à l'extérieur de l'échafaud, les scientifiques pourront construire des phages sur mesure pour cibler tout type de bactérie pathogène.

Le nouveau système est la création d’une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et présente un article publié dans la revue. Systèmes cellulaires.

L'auteur principal, Timothy Lu, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique et d'ingénierie biologique, a déclaré:

"Ces bactériophages sont conçus de manière relativement modulaire. Vous pouvez prendre des gènes, les échanger et obtenir un phage fonctionnel qui possède de nouvelles propriétés."

Ses collègues et lui-même espèrent que le système aidera à fabriquer des phages capables de tuer les bactéries pour lesquelles il n’existe pas d’antibiotiques efficaces.

Ils considèrent également qu'il est utile dans d'autres domaines - par exemple, de «modifier» des populations mixtes de bactéries, telles que celles que l'on trouve dans les intestins. Le tube digestif humain abrite des milliards de cellules bactériennes. Certaines des espèces présentes dans ce microbiome intestinal sont amicales et facilitent la digestion, mais d'autres causent des maladies.

Frapper l'intestin avec des antibiotiques pour tuer les mauvaises bactéries tuerait aussi les amis. Il y a un besoin pour un outil qui entre et tue sélectivement les mauvais.

"Les antibiotiques peuvent tuer une bonne partie de la bonne flore dans votre intestin", explique le professeur Lu. "Nous visons à créer des méthodes efficaces et à spectre étroit pour cibler les agents pathogènes."

Le professeur Lu dit d'abord qu'ils prévoient de retirer certains membres des colonies bactériennes pour voir quel rôle ils jouent dans le microbiome intestinal. Alors:

"A plus long terme, on pourrait concevoir un phage spécifique qui tue ce virus mais ne tue pas les autres, mais il faut plus d'informations sur le microbiome pour concevoir efficacement ces thérapies."

Échafaudage génétique standardisé pour personnaliser les phages plus rapidement

De nombreux bactériophages sont constitués d'une région de tête attachée à une queue qui se verrouille sur la cible. Pour leur étude, l'équipe a commencé avec une famille de phages appelée T7. Ceux-ci attaquent naturellement Escherichia coli. En échangeant des gènes dans la queue, ils ont créé des phages qui ciblent plusieurs types de bactéries.

"Vous conservez la majorité des phages de la même façon et tout ce que vous changez, c'est la région de queue, qui dicte sa cible", explique le professeur Lu.

Jusqu'à présent, les seuls phages approuvés par la Food and Drug Administration (FDA) ont été les produits alimentaires. Par exemple, les phages purifiés approuvés par la FDA peuvent être utilisés comme additif antimicrobien dans les produits de viande et de volaille prêts à consommer pour se protéger contre Listeria.

L'isolation des phages naturels pouvant être utilisés à des fins médicales à partir des eaux usées et du sol est fastidieuse et longue. De plus, comme les différents types de génomes ont des organisations et des cycles de vie variés, ils posent un défi en termes d'approbation réglementaire et d'utilisation clinique.

En concevant un échafaudage génétique standardisé pour leurs phages, l’équipe du MIT estime qu’elle a créé un processus plus rationalisé, dans lequel il suffit d’échanger quelques gènes pour affiner les phages afin de rechercher différentes cibles.

Les chercheurs ont recherché des bases de données de génomes de phages pour trouver des séquences codant pour la queue de T7, connue sous le nom de gp17. Une fois qu'ils les ont trouvés, ils ont ensuite mis au point une nouvelle méthode d'ingénierie génétique du génome T7 pour rendre l'échange moins laborieux.

Ils ont découvert que l'insertion du génome viral dans une cellule de levure - où il se situe comme un "chromosome artificiel" à côté du propre génome de la levure - le rend plus accessible pour l'échange de gènes, comme l'explique le professeur Lu:

"Une fois que nous avons eu cette méthode, cela nous a permis d'identifier facilement les gènes qui codent pour les queues et de les créer ou de les échanger à partir d'autres phages. Vous pouvez utiliser la même stratégie d'ingénierie encore et encore, ce qui simplifie ce flux dans le laboratoire."

Dans l’étude, l’équipe du MIT a montré qu’ils pouvaient concevoir des phages ciblant des souches de bactéries à Gram négatif, notamment: Yersinia, Klebsiella et E. coli.

Il existe peu de nouveaux antibiotiques contre les bactéries à Gram négatif, notamment les microbes responsables de nombreuses affections respiratoires, urinaires et gastro-intestinales chez l'homme, telles que la pneumonie, la gastrite, la septicémie et la légionellose.

"Un grand pas dans le développement des thérapies phagiques"

Le nouveau système de mélange et d’adaptation résout également une autre difficulté liée à l’utilisation des phages pour traiter les maladies. Les phages ont tendance à infecter un nombre limité de souches bactériennes, il faut donc du temps pour trouver les bonnes pour des maladies spécifiques, et même dans ce cas, elles n'existent pas.

David Bikard, microbiologiste à l'Institut Pasteur de Paris, qui n'a pas participé à l'étude, commente le travail:

"Il s'agit d'une étape importante dans la mise au point de thérapies par les phages avec des résultats prévisibles et une bonne démonstration de ce que les approches de biologie synthétique apporteront prochainement à la médecine."

L'équipe prévoit également de mettre au point des phages pour d'autres applications telles que la pulvérisation de cultures ou la désinfection d'aliments. Comme les phages seraient basés sur un échafaudage génétique identique, il devrait accélérer considérablement le processus d’approbation réglementaire, conclut le professeur Lu.

L’étude suit une autre équipe du MIT Nouvelles médicales aujourd'hui rapporté plus tôt cette année.Dans cette étude, les chercheurs ont conçu des particules appelées phagémides pour pénétrer dans les bactéries et les tuer sans les éclater, de sorte qu'elles ne libèrent pas de toxines susceptibles de produire des effets secondaires désagréables.

Un traumatisme cérébral unique peut conduire à la maladie d'Alzheimer au fil du temps

Plus de 1,7 million d'Américains souffrent chaque année d'une lésion cérébrale traumatique et, au-delà des effets immédiats, des preuves croissantes démontrent qu'une lésion cérébrale traumatique unique peut déclencher des processus à long terme qui endommagent davantage le cerveau. Le TBI est un facteur de risque établi pour le développement ultérieur de troubles cognitifs, tels que la maladie d'Alzheimer.

(Health)

Un cinquième des cas de démence peut être causé par la pollution atmosphérique, selon une étude

De nouvelles recherches renforcent le lien précédemment rapporté entre la pollution atmosphérique et le déclin cognitif, après avoir constaté que l'exposition aux particules fines pouvait augmenter considérablement le risque de développer la maladie d'Alzheimer et d'autres démences. Les chercheurs ont constaté que les femmes âgées exposées à des niveaux élevés de pollution atmosphérique par les particules fines étaient beaucoup plus susceptibles de développer une démence.

(Health)