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Combattre les superbactéries avec leur propre système "d'édition de gènes"
Nous manquons d'antibiotiques pour traiter les bactéries résistantes aux médicaments qui ont émergé ces dernières années. Aux États-Unis seulement, la tuberculose pharmacorésistante, le staphylocoque et d'autres super-bactéries infectent plus de 2 millions de personnes et font au moins 23 000 victimes chaque année. Maintenant, une nouvelle étude révèle comment les ingénieurs ont trouvé un moyen de renverser l’une des armes des super superbactéries.
Les super-punaises comme le SARM ont acquis des gènes qui les rendent pratiquement non traitables avec des antibiotiques.
Écrire dans Nature Biotechnologie, Timothy Lu, professeur agrégé de génie biologique et de génie électrique et informatique au Massachusetts Institute of Technology (MIT), et ses collègues expliquent comment ils ont utilisé CRISPR (répétitions palindromiques courtes à intervalles réguliers) - un système défendre contre les attaques de virus - pour cibler les superbactéries elles-mêmes.
La plupart des antibiotiques agissent en perturbant les processus bactériens essentiels tels que la division cellulaire et la synthèse des protéines. Mais les superbactéries comme le SARM (résistant à la méthicilline Staphylococcus aureus) et CRE (résistant aux carbapénèmes) Enterobacteriaceae) ont acquis des gènes qui les rendent pratiquement non traitables avec des médicaments qui fonctionnent de cette manière.
Le professeur Lu dit que nous sommes à un "moment crucial" avec "de moins en moins de nouveaux antibiotiques disponibles, mais de plus en plus de résistance aux antibiotiques".
Le professeur Lu et son équipe ont cherché de nouveaux moyens de lutter contre la résistance aux antibiotiques, et le nouveau document décrit une de ces stratégies.
Les chercheurs ont utilisé une partie du système immunitaire de superbactérie contre lui-même
CRISPR fait partie du système immunitaire des bactéries qui les aide à lutter contre les bactériophages (virus qui infectent les bactéries). Il contient des instructions pour fabriquer des outils sous forme de protéines. Une de ces protéines, appelée Cas9, est une enzyme qui coupe l'ADN. Il se fixe à un "guide" ARN qui lui indique où couper.
Dans leur étude, le professeur Lu et ses collègues décrivent comment ils ont utilisé cette caractéristique de CRISPR contre les bactéries. Ils ont conçu leur propre guide d'ARN pour cibler les gènes de résistance aux antibiotiques. Un tel gène code pour une enzyme appelée NDM-1.
Les bactéries porteuses du gène NDM-1 comptent parmi les superbactéries les plus résistantes aux médicaments. Le gène leur permet de résister à une large gamme d’antibiotiques bêta-lactamines, dont les carbapénèmes. Les gènes NDM-1 sont généralement transportés sur des plasmides - des anneaux d'ADN séparés du génome bactérien - ce qui facilite leur propagation à d'autres populations de bactéries.
En utilisant CRISPR avec Cas9 pour cibler le NDM-1, les chercheurs ont pu tuer de manière sélective plus de 99% des bactéries porteuses du NDM-1, tandis que les antibiotiques auxquels les bactéries étaient résistantes n'en ont pratiquement pas tué.
Ils ont ensuite utilisé le système pour cibler un autre gène appelé SHV-18, une mutation du chromosome bactérien qui les rend résistants aux antibiotiques quinolones. Il est également connu pour être un facteur de virulence dans entérohémorragique E. coli, une souche pouvant causer de graves maladies d'origine alimentaire.
La même approche pourrait être utilisée pour tuer sélectivement des souches de bactéries dans des populations mixtes
En prime, l’équipe a également découvert qu’en utilisant leurs signatures génétiques uniques, ils pouvaient obtenir que CRISPR cible et tue sélectivement des bactéries spécifiques dans les colonies mixtes. Cela ouvre la perspective d'une «édition du microbiome» - en utilisant une approche de tireur d'élite au lieu du canon à diffusion que les antibiotiques à large spectre utilisent.
Dans leur étude, l'équipe a démontré avec succès deux manières de délivrer CRISPR à des bactéries cibles. Une méthode a utilisé des bactéries modifiées pour transporter les gènes CRISPR sur des plasmides (qui se propagent facilement aux bactéries cibles), et l'autre utilise des particules virales qui se lient aux bactéries pour injecter les gènes.
Ils ont également montré que le système CRISPR entraînait une augmentation de la survie chez les larves de vers de cire infectées par une forme nocive de E. coli.
L'équipe teste actuellement le système sur des souris et attend avec impatience le jour où la technologie pourra être modifiée pour traiter les infections et éliminer les bactéries indésirables chez l'homme.
Ahmad Khalil, professeur adjoint de génie biomédical à l’Université de Boston, et qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré:
"Ce travail représente une méthode génétique très intéressante pour tuer les bactéries résistantes aux antibiotiques de manière dirigée, ce qui pourrait en principe contribuer à lutter contre la propagation de la résistance aux antibiotiques alimentée par un traitement excessif à large spectre."
Les Instituts nationaux de la santé, l'Office of Naval Research, l'Agence de réduction des menaces pour la défense, le Laboratoire de recherche de l'armée américaine, le Bureau de recherche de l'armée américaine et la Fondation Ellison ont tous contribué à la recherche.
En août 2014, une équipe du KIT Institute for Integrative Cancer Research du MIT La nature, ont montré comment CRISPR permet une étude plus rapide du rôle des mutations dans le développement des tumeurs.
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