Un OGM envoyé pour tuer la bactérie pathogène P. aeruginosa

Photo Credit: Janice Haney Carr/CDC

Pseudomonas aeruginosa est une bactérie courante que l’on peut trouver presque partout, vivant dans le sol ou dans l’eau ou encore sur la surface de la peau ou des équipements médicaux. Elle est responsable d’un nombre croissant d’infections nosocomiales et peut par exemple infecter les poumons, les brûlures ou les plaies et engendrer des pneumonies, septicémies ou autres infections graves potentiellement mortelles, particulièrement chez des patients vulnérables (immunodéprimés). Malheureusement, P. aeruginosa est aussi naturellement résistante à de nombreux antibiotiques (et est capable de s’adapter rapidement à de nouveaux traitements), elle peut survivre et même proliférer sur des surfaces variées et peut s’organiser en biofilms particulièrement difficiles à détruire.

Des chercheurs en biologie synthétique de la Nanyang Technological University à Singapour ont maintenant modifié une bactérie Escherichia coli pour la rendre capable de spécifiquement détecter et tuer P. aeruginosa.

De telles bactéries génétiquement modifiées ne sont pas nouvelles: le même groupe de chercheurs avait rapporté en 2011 le développement d’une E. coli capable de produire un peptide antimicrobien et de le libérer en présence de sa cible P. aeruginosa; une autre équipe de chercheurs de l’Université du Maryland aux États-Unis a modifié une bactérie pour qu’elle détecte des cellules cancéreuses et produise des composés toxiques. La nouvelle bactérie E. coli générée par Matthew Chang et collègues est particulièrement intéressante car elle combine plusieurs tactiques qui avaient auparavant été employées individuellement dans d’autres bactéries issues du génie génétique.

Les chercheurs ont inséré des gènes dans la bactérie E. coli pour la rendre capable de: (1) détecter la présence de P. aeruginosa, (2) migrer vers les bactéries pathogènes et (3) produire des molécules pour tuer de manière efficace ces bactéries (voir schéma ici). Plus précisément, la souche d’E. coli ainsi modifiée fabrique une protéine qui reconnaît une molécule émise par P. aeruginosa pour évaluer sa propre densité de population (un processus appelé “quorum sensing”) – c’est la phase (1) – détection. Cette protéine produite par E. coli se lie alors à la molécule de quorum sensing de P. aeruginosa pour former un complexe qui va activer les phases (2) et (3): la bactérie E. coli génétiquement modifiée va maintenant migrer vers la colonie de bactéries P. aeruginosa en suivant le gradient de molécules de quorum sensing produites par la colonie et va commencer à fabriquer deux molécules pour attaquer et tuer les bactéries P. aeruginosa. Une enzyme appelée DnaseI servira à dégrader le biofilm protecteur dans lequel les bactéries P. aeruginosa sont insérées, les exposant ainsi à l’action de la seconde molécule produite par la E. coli modifiée, un peptide antimicrobien appelé microcine S.

La beauté du système réside dans la combinaison de plusieurs propriétés:
– la bactérie E. coli génétiquement modifiée n’active ses fonctions “tueuses” qu’en présence de sa cible P. aeruginosa,
– la production des molécules antimicrobiennes est associée à la migration de la bactérie E. coli vers P. aeruginosa, permettant de diriger spécifiquement l’attaque contre la cible (alors qu’un traitement antibiotique classique décime sans discrimination aussi bien les bactéries pathogènes que les bactéries inoffensives de la microflore intestinale),
– la production du peptide antimicrobien est accompagnée par la production d’une molécule qui va permettre au peptide d’atteindre sa cible plus efficacement en détruisant le biofilm qui l’entoure.

Des tests préliminaires chez des souris infectées par P. aeruginosa semblent prometteurs: les souris qui avaient reçu les bactéries E. coli génétiquement modifiées avaient moins de bactéries pathogènes que les souris ayant reçu des E. coli ordinaires quelques heures après le traitement, et aucun effet toxique n’a été observé. La mise en place d’une telle stratégie thérapeutique chez les humains n’est probablement pas pour bientôt cependant. Outre l’amélioration de la technique (par exemple améliorer le système de ciblage de la bactérie et sa capacité à dégrader les biofilms), son innocuité et son efficacité chez les humains reste à démontrer. Et c’est sans parler des obstacles réglementaires particuliers à l’utilisation potentielle d’organismes génétiquement modifiés. Néanmoins, quel que soit le temps requis pour qu’une application thérapeutique voie le jour, l’idée de créer des microbes tueurs pour nous aider à nous débarrasser d’autres microbes pathogènes est intéressante.

Référence
Reprogramming microbes to be pathogen-seeking killers. Hwang IY, Tan MH, Koh E, Ho CL, Poh CL, Chang MW. ACS Synth Biol. 2013 Sep 13. doi: 10.1021/sb400077j
PMID: 24020906

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