Les humains peuvent bénéficier de manière significative des relations symbiotiques avec les probiotiques ; des bactéries vivantes et des micro-organismes qui influencent le microbiote intestinal. Lorsqu’ils sont consommés en quantités appropriées, les probiotiques peuvent favoriser la santé intestinale, soutenir le système immunitaire et améliorer le métabolisme.
Les probiotiques, largement considérés comme un trésor dans le domaine de la microbiologie, trouvent actuellement de nouvelles applications en médecine, dans les soins aux animaux et dans l’industrie alimentaire. Cependant, il est souvent difficile d’utiliser les probiotiques sous leur forme existante, en raison des effets variables des différentes souches sur la santé des différents individus. Par conséquent, il est également difficile de trouver des preuves concrètes pour étayer les avantages proposés des probiotiques.
Heureusement, ces défis peuvent être relevés grâce aux énormes progrès auxquels nous avons assisté dans le domaine du génie génétique au cours de la dernière décennie, en particulier après l’introduction du système d’édition extrêmement populaire CRISPR-Cas. En modifiant, supprimant ou introduisant des gènes spécifiques avec ces outils, nous pouvons adapter les activités des organismes probiotiques à nos besoins en matière de santé. Pour soutenir les chercheurs souhaitant repousser les limites du domaine, le professeur Nan Peng de l’Université agricole de Huazhong, en Chine, et ses collègues ont récemment publié un article de synthèse dans le volume 5 de Recherche en BioDesign le 29 septembre 2023, résumant les dernières avancées et obstacles liés à l’ingénierie des probiotiques avec CRISPR-Cas. « En tant qu’outils importants d’édition du génome, les systèmes CRISPR-Cas ont ouvert la voie à de nouvelles améliorations dans l’édition du génome dédiée aux probiotiques grâce à leur grande efficacité, flexibilité et spécificité., » remarque le professeur Peng.
La revue commence par un aperçu concis des systèmes CRISPR-Cas découverts dans les micro-organismes. Sous leurs formes naturelles, les systèmes CRISPR-Cas sont des outils de défense des bactéries contre les virus/phages. Lorsqu’une bactérie survit à une attaque virale, elle stocke une partie de l’ADN viral sous forme de séquences CRISPR. Si le même virus réapparaît, la bactérie produit des molécules « d’ARN guide » basées sur les séquences CRISPR stockées en mémoire. Ces molécules guident les protéines Cas, qui agissent comme des ciseaux moléculaires, pour cliver et neutraliser l’ADN viral ciblé. Au fil du temps, les scientifiques ont trouvé des méthodes permettant d’exploiter ces mécanismes moléculaires sous forme de boîtes à outils pour une édition précise des gènes.
Dans les sections suivantes, l’équipe de recherche a résumé les principaux systèmes CRISPR-Cas utilisés pour modifier les gènes de plusieurs types d’organismes probiotiques. Il s’agit notamment des bactéries lactiques, des levures, Bacille, et d’autres. Par la suite, ils ont souligné les développements récents sur les applications thérapeutiques des probiotiques génétiquement modifiés via les systèmes basés sur CRISPR. « La consommation de probiotiques s’est progressivement avérée être une stratégie efficace pour prévenir ou atténuer les maladies chez l’homme. Parmi les divers probiotiques évalués, les souches de probiotiques génétiquement modifiés peuvent avoir des propriétés plus fortes ou nouvelles et présenter une plus grande valeur en matière de recherche et d’application.« , déclare le professeur Peng. Certains exemples incluent l’utilisation de Escherichia coli (E. coli) pour éliminer les bactéries résistantes aux antibiotiques dans l’intestin et le protéger contre les E. coli infections, l’utilisation de levures pour traiter les maladies inflammatoires de l’intestin et l’utilisation de Bacillus subtilis pour réguler le métabolisme et aider à prévenir l’obésité.
Enfin, l’article présente les problèmes non résolus liés à la modification génétique des probiotiques basée sur CRISPR et les obstacles à leur application clinique, ainsi que les stratégies potentielles pour les résoudre. Quelques-unes de ces stratégies incluent le développement d’outils CRISPR pour réduire les erreurs lors du clivage et de l’insertion de gènes, l’optimisation du système d’édition, l’utilisation de protéines Cas9 alternatives (telles que Dead-Cas9) et la garantie de la stabilité des souches modifiées. « Il ne fait aucun doute que l’utilisation de probiotiques modifiés pour promouvoir le développement des industries de la santé animale et humaine sera confrontée à de grandes opportunités et défis à l’avenir. » conclut le professeur Peng, optimiste quant à ce qui pourrait se profiler à l’horizon dans ce domaine passionnant et florissant.
