Des chercheurs de l’Université Northwestern ont réussi à convaincre un agent pathogène mortel de se détruire de l’intérieur.
- Des chercheurs de l’Université Northwestern ont réussi à modifier l'ADN d'un virus pour tuer une bactérie pathogène mortelle.
- Cette étude ouvre la voie à des thérapies par les phages comme alternatives aux antibiotiques pour lutter contre les bactéries résistantes.
- En imitant le processus d'infection et en contournant les défenses de la bactérie, les chercheurs ont réussi à concevoir des virus efficaces pour tuer leurs cibles.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont modifié l#39ADN d#39un bactériophage ou « phage », un sort de virus qui infecte et se réplique à l#39intérieur des bactéries. Ensuite, l’équipe de recherche a inséré l’ADN dans Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), une bactérie mortelle également très résistante aux antibiotiques. Une fois à l’intérieur de la bactérie, l’ADN a contourné les mécanismes de défense de l’agent pathogène pour s’assembler en virions, qui ont traversé la cellule de la bactérie pour la tuer.
S#39appuyant sur un intérêt croissant pour les « thérapies par les phages », les travaux expérimentaux représentent une étape cruciale vers la conception de virus comme nouveaux traitements pour tuer les bactéries résistantes aux antibiotiques. Il révèle également des informations vitales sur le fonctionnement interne des phages, un domaine peu étudié de la biologie.
L#39étude sera 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#39bacterial infections et de décès dus à des bacterial infections augmente dans le monde entier. C#39est un problème énorme. La thérapie par les phages est apparue comme une alternate inexploitée à notre dépendance à l#39égard 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. Furthermore nous en apprenons sur le fonctionnement des phages, additionally nous pouvons concevoir des thérapies moreover efficaces. Notre projet est à la pointe du progrès dans la mesure où nous apprenons la biologie des phages en temps réel à mesure que nous les concevons. « .
Microbiologiste d#39intérieur, Hartmann est professeur agrégé de génie civil et environnemental à la McCormick College of Engineering de Northwestern et membre du Heart for Artificial Biology.
Besoin désespéré d’alternatives aux antibiotiques
Associée à une utilisation croissante des antimicrobiens, la montée de la résistance aux antibactériens constitue une menace urgente et croissante pour la population mondiale. Selon les Centers for Sickness Control and Avoidance (CDC), près de 3 hundreds of thousands d’infections résistantes aux antimicrobiens surviennent chaque année rien qu’aux États-Unis, entraînant la mort de in addition de 35 000 personnes.
La crise croissante a incité les chercheurs à rechercher des alternate options aux antibiotiques, qui perdent continuellement de leur efficacité. 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 », a déclaré Hartmann. « Il existe donc un nombre astronomique de phages sur Terre, mais nous n#39en comprenons qu#39une poignée. Nous n#39avons pas forcément eu la determination pour vraiment les étudier. Maintenant, la enthusiasm est là, et nous augmentons le nombre de phages. » outils que nous devons consacrer à leur étude.
Traitement sans effets secondaires
Pour explorer les thérapies potentielles par les phages, les chercheurs identifient ou modifient un virus existant pour cibler sélectivement une infection bactérienne sans perturber le reste du corps. Idéalement, les scientifiques pourraient un jour adapter une thérapie phagique pour infecter une bactérie spécifique et concevoir des thérapies « à la carte » avec des features et des caractéristiques précis pour traiter les bacterial infections individuelles.
« Ce qui est puissant avec les phages, c#39est qu#39ils peuvent être très spécifiques, contrairement aux antibiotiques », a déclaré Hartmann. « Si vous prenez un antibiotique pour une an infection des sinus, par exemple, cela perturbe l#39ensemble de votre tractus gastro-intestinal. Une phagothérapie peut être conçue pour affecter uniquement l#39an infection. »
Alors que d’autres chercheurs ont étudié les thérapies par les phages, presque tous ceux étudiés se sont concentrés sur l’utilisation des phages pour infecter Escherichia coli. Hartmann a cependant décidé de se concentrer sur P. aeruginosa, l#39un des cinq brokers pathogènes humains les furthermore mortels. Particulièrement dangereux pour les personnes dont le système immunitaire est affaibli, P. aeruginosa est l#39une des principales will cause d#39bacterial infections hospitalières, infectant souvent les clients présentant des brûlures ou des plaies chirurgicales ainsi que les poumons des personnes atteintes de mucoviscidose.
« Il s#39agit de l#39un des brokers pathogènes multirésistants les furthermore prioritaires qui préoccupent beaucoup de gens », a déclaré Hartmann. « Il est extrêmement résistant aux médicaments, il est donc urgent de développer des thérapies choices. »
Mimer l’infection, contourner les défenses
Dans l’étude, Hartmann et son équipe ont commencé avec la bactérie P. aeruginosa et ont purifié l’ADN de plusieurs phages. Ensuite, ils ont utilisé l’électroporation – une strategy qui délivre de courtes impulsions électriques à haute pressure – pour percer des trous temporaires dans la cellule externe de la bactérie. Par ces trous, l’ADN du phage pénétrait dans la bactérie pour imiter le processus d’infection.
Dans certains cas, la bactérie a reconnu l’ADN comme un corps étranger et l’a déchiqueté pour se protéger. Mais après avoir utilisé la biologie synthétique pour optimiser le processus, l’équipe de Hartmann a pu neutraliser les mécanismes d’autodéfense antiviraux de la bactérie. Dans ces cas, l’ADN a réussi à transporter des informations 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. « C#39est là que les virus sortent des cellules et tuent toutes les bactéries. »
Après ce succès, l#39équipe de Hartmann a introduit l#39ADN de deux autres phages naturellement incapables d#39infecter leur souche de P. aeruginosa. Encore une fois, le processus a fonctionné.
Fabrication de phages dans une cellule
Non seulement le phage a tué les bactéries, mais celles-ci ont également éjecté des milliards de phages supplémentaires. Ces phages peuvent ensuite être utilisés pour tuer d’autres bactéries, comme celles qui provoquent une an infection.
Ensuite, Hartmann prévoit de continuer à modifier l’ADN des phages pour optimiser les thérapies potentielles. Pour l#39prompt, son équipe étudie les phages expulsés de P. aeruginosa.
« Il s#39agit d#39un élément important dans la fabrication de phagothérapies », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons étudier nos phages afin de décider lesquels développer et éventuellement les produire en masse à des fins thérapeutiques. »
L#39étude, « Une approche de biologie synthétique pour assembler et redémarrer les phages à queue de Pseudomonas aeruginosa cliniquement pertinents », a été soutenue par la Fondation Walder, la National Science Foundation et les National Institutes of Wellness.
