Apprivoiser les agents pathogènes avec du mucus et des phages

Des millions de personnes sont traitées avec des antibiotiques chaque année pour des infections ou à titre préventif. Les Centers for Disease Control and Prevention rapportent qu'au moins 2,8 millions de personnes sont infectées par des bactéries résistantes aux antibiotiques chaque année, ce qui signifie que les germes ont trouvé des moyens de maîtriser les antibiotiques et continuent de se développer. Le traitement des infections résistantes aux antibiotiques est coûteux et prend beaucoup de temps. Deux équipes de scientifiques financés par le NIBIB ont travaillé pour trouver des solutions alternatives pour traiter les infections bactériennes, en particulier les bactéries résistantes aux antibiotiques.

Comment votre nez qui coule combat-il les bactéries ?

Un nez qui coule n'est pas le seul endroit où le mucus existe dans notre corps; il borde également de nombreux passages, comme le système digestif, pour les garder lubrifiés. Des chercheurs du Massachusetts Institute for Technology (MIT) ont découvert que les sucres contenus dans le mucus aident à contrôler et à désarmer les microbes embêtants dans notre corps. La plupart des gens pensent que la substance visqueuse est une nuisance et dégoûtante, mais il joue un rôle vital dans de nombreux systèmes corporels.

Mucines, le composant gélifiant dans le mucus, sont enrobés de glycanes, ou des sucres, et sont connus pour supprimer la formation de biofilm, une forme de croissance microbienne souvent associée à des infections et difficile à traiter avec des antibiotiques. Cette étude, publié dans Nature Microbiology, trouve une gamme plus large de fonctions pour les glycanes attachés aux mucines. Les chercheurs pensent qu'ils n'ont peut-être pas besoin de tuer les microbes embêtants, mais plutôt, les désarmer et les rendre moins contagieux.

Les antibiotiques sont de moins en moins efficaces contre les bactéries à adaptation rapide. Nous devons tirer parti des mécanismes de défense naturels pour nous protéger des microbes. »

David Rampulla, Doctorat., directeur du programme NIBIB Biomatériaux et Constructions Biomoléculaires

Le mucus est densément rempli de microbes nocifs, Alors, comment le corps utilise-t-il cette substance visqueuse pour prévenir les infections ? On pourrait penser que quelque chose dans le mucus peut tuer les bactéries. L'équipe du MIT, dirigé par Katharina Ribbeck, Doctorat., Professeur au Département de Génie Biologique, a découvert que le mucus apprivoise les agents pathogènes contenus dans sa matrice collante afin que le système immunitaire puisse se déclencher et se battre quand il en a besoin, mais le mucus ne tue pas les bactéries à lui seul.

Beaucoup pensaient que le réseau structurel de mucus était purement à des fins mécaniques, mais nous avons appris qu'il joue également un rôle essentiel dans la façon dont il contrôle les agents pathogènes problématiques. Nous testons pour voir si cette fonction est universelle pour de nombreuses espèces. »

Katharina Ribbeck, Doctorat., Professeur au Département de Génie Biologique, MIT

Les chercheurs ont disséqué les différentes parties du mucus et ont découvert que l'ingrédient clé qui apprivoise les bactéries était les glycanes. Les glycanes sont des chaînes de molécules de sucre qui forment des structures ramifiées. Les chercheurs se sont demandé si les glycanes auraient le même pouvoir sans les autres composants du mucus. Les résultats ont confirmé que les glycanes sont robustes pour désamorcer les agents pathogènes par eux-mêmes.

Cette étude a porté sur la réponse des glycanes à une bactérie spécifique, P. aeruginosa, qui provoque des infections chez les personnes dont le système immunitaire est affaibli. Étudiant diplomé, Kelsey Wheeler, ont découvert que les glycanes rendaient les bactéries moins puissantes en supprimant les voies génétiques responsables des communications bactériennes et celles qui permettent l'agglutination ou la production de toxines. Ces voies permettent leur comportement infectieux.

Ribbeck a déclaré que l'un de ses plus grands défis a été de convaincre les gens que le mucus vaut la peine d'être étudié et pas seulement un déchet. "Nous pouvons créer des approches thérapeutiques alternatives qui n'utilisent pas d'antibiotiques pour tuer les microbes, mais utilisez plutôt la forme de génie biologique de la nature - le mucus, " dit Ribbeck.

La prochaine étape pour Ribbeck est de briser le code des glycanes et de comprendre quels glycanes apprivoisent un agent pathogène spécifique et comment ils se lient ensemble. Elle veut également en savoir plus sur si et comment les microbes peuvent détecter les glycanes et par conséquent essayer d'y échapper. De nombreux types de bactéries coexistent dans des communautés à l'intérieur de notre corps et, en partie, composent le microbiome d'une personne, qui joue un rôle essentiel dans la digestion et la santé immunitaire. Ribbeck pense que les glycanes jouent un rôle important dans le maintien et la modification du microbiome de notre corps, et son laboratoire commence à tester la théorie.

Fabriquer des virus pour lutter contre les bactéries résistantes aux antibiotiques

Timothée Lou, Doctorat., un professeur agrégé du MIT au département de génie biologique et de génie électrique et d'informatique, a travaillé sur une autre approche alternative pour traiter les infections bactériennes résistantes aux antibiotiques. Lu a développé un moyen de concevoir un type spécial de virus appelé bactériophage ou phage pour tuer différentes souches d'E. coli.

Les antibiotiques inhibent ou régulent généralement les enzymes responsables du contrôle de la croissance et de la propagation des bactéries, donner au système immunitaire le temps de combattre les infections. Les phages tuent les bactéries par un mécanisme différent. Le plus souvent, les phages reconnaissent un récepteur spécifique sur une bactérie qui leur permet de se lier et d'injecter leur virus dans la bactérie. Le virus se répliquera et finira par tuer la bactérie.

"L'utilisation de phages pour traiter les infections résistantes aux antibiotiques n'est pas un nouveau concept, " a déclaré Lu. Il a expliqué que l'on pouvait effectuer une vaste, dépistage rapide pour identifier les phages naturels qui tuent des types spécifiques de bactéries. "Mais à la fin de l'écran, vous vous retrouverez probablement avec un groupe diversifié de phages qui seront difficiles à fabriquer et à étendre de manière commercialement reproductible, manière rentable."

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