L'identification rapide de certaines bactéries permet d'optimiser les traitements antibiotiques. Une équipe de l'Université de Zurich, soutenue par le SNSF, a développé des molécules pour détecter et capturer certaines espèces.
La découverte d'antibiotiques a révolutionné la médecine au 20e siècle, sauvant d'innombrables vies. Cependant, l'émergence de bactéries résistantes est rapidement devenue un nouveau défi. Un facteur clé pour résoudre ce problème est de pouvoir localiser les bactéries provoquant une infection. Cela permet aux prestataires de soins de santé d'utiliser des antibiotiques ciblés et efficaces et de réduire le risque de nouvelles formes de développement de résistance.
Avec le soutien de la Swiss National Science Foundation (SNSF), les scientifiques ont développé des molécules pour détecter certaines bactéries plus rapidement qu'auparavant. Leurs recherches ont récemment été publiées dans la revue Communications Biology. Ces molécules ouvrent la voie à des méthodes de diagnostic médical accélérées, en particulier – mais pas seulement – en cas d'infections sanguines. « Les molécules développées sont déjà utilisées dans un partenariat avec la start-up de Zurich RQMICRO, qui fournit des outils pour surveiller la qualité de l'eau », explique Markus Seeger, le biochimiste qui a dirigé cette étude à l'Institut de microbiologie médicale de l'Université de Zurich.
Accélérer certains diagnostics
« Dans la course entre l'évolution des bactéries résistantes et le développement de nouveaux antibiotiques, nous n'avons aucune chance. Les bactéries sont en guerre avec des virus depuis des millions d'années et sont utilisés pour évoluer pour échapper à de nouveaux dangers », explique le chercheur. La seule solution que nous avons actuellement est d'utiliser des antibiotiques efficacement et avec parcimonie. Cela empêche les bactéries d'être constamment exposées aux résidus ou aux traces d'antibiotiques dans leur environnement, de sorte que lorsque des antibiotiques sont utilisés pour le traitement, ils sont toujours efficaces pour tuer les bactéries. Cette stratégie nécessite des diagnostics médicaux aussi rapides et précis que possible. Cependant, les méthodes d'identification traditionnelles prennent du temps. Ils impliquent la collecte de bactéries du patient, puis les cultivent jusqu'à ce qu'il y ait assez pour effectuer des analyses détaillées. La phase de croissance peut prendre jusqu'à 12 heures pour certaines espèces, parfois plus longtemps. Les analyses prennent ensuite encore deux heures. Markus Seeger et son équipe cherchent à accélérer ce processus: « Notre idée est de détecter certaines bactéries plus rapidement, même en petit nombre, en leur donnant des couleurs spécifiques. Nous visons à les capturer directement dans le sang pour augmenter leur densité et les analyser plus rapidement ». Cette approche ne fournit pas de diagnostic concluant, mais cela signifie que nous pouvons confirmer plus rapidement que l'utilisation de méthodes traditionnelles si certaines bactéries sont présentes. Cela permet de gagner un temps précieux, en particulier en cas d'infections dans la circulation sanguine lorsque vous attendez un ou deux jours pour des analyses détaillées peut ne pas être possible.
L'équipe de Markus Seeger s'est concentrée sur la détection des bactéries Escherichia coli (E. coli), généralement liée aux infections des voies urinaires et aux infections sanguines. De plus, les taux de résistance de cette espèce de bactéries ont augmenté en Suisse entre 2004 et 2024, augmentant quadruple pour certaines classes d'antibiotiques. « Savoir si une infection implique Escherichia coli ou autre chose est déjà une bonne base sur laquelle prendre une décision initiale sur le traitement à administrer », explique le biochimiste. En fait, les outils développés par son équipe économiseraient environ six heures des douze nécessaires aux diagnostics traditionnels.
Pénétrer la « jungle de sucres »
Markus Seeger et son équipe ont dû résoudre deux problèmes pour capturer Escherichia Coli. D'une part, ils devaient trouver le bon appât, c'est-à-dire un élément spécifique commun à toutes les bactéries d'Escherichia coli. D'un autre côté, le chercheur admet qu'il « a sous-estimé la complexité de la jungle de sucres agissant comme une barrière autour des bactéries ». Cette jungle est si dense que peu de molécules peuvent la pénétrer.
En tant que crochet, les scientifiques ont opté pour des anticorps miniatures, appelés nanobodies. Leur petite taille leur permet de passer facilement entre les branches de sucre. Ils sont également plus stables que les anticorps conventionnels, ce qui signifie qu'ils restent fonctionnels pendant des périodes plus longues à température ambiante. Il s'agit d'un élément clé pour obtenir des outils de détection qui peuvent être transportés et stockés sans avoir à se soucier des chaînes froides. L'équipe a recherché une base de données internationale et un registre des bactéries détecté dans les hôpitaux suisses. En analysant le génome des bactéries de type Escherichia Coli enregistrées, une protéine a été identifiée – Ompa – dont une forme spécifique ne se trouve que dans Escherichia coli. Le groupe a par la suite développé des nanobodies capables de détecter cette version de l'OMPA de manière ciblée et efficace chez plus de 90% des membres de l'espèce. Les nanobodies fonctionnent comme un crochet qui capture spécifiquement les bactéries d'Escherichia coli.
Cette solution signifie que les bactéries peuvent être colorées mais non capturées. Comme l'explique Markus Seeger, « Pour détecter Escherichia coli, cela fonctionne bien. Nous pouvons attacher de minuscules molécules colourantes aux nanobodies sans augmenter considérablement leur taille. Cependant, pour capturer les bactéries, nous utilisons des bactéries plus grandes, et ils ne peuvent pas pénétrer la jungle de sucres qui entourent les bactéries. » Les scientifiques ont donc créé une sorte de canne à pêche pour leur kit de détection – un fil moléculaire qui a été développé pour relier les nanobodies (le crochet) aux billes magnétiques bloquées par les sucres (la poignée).
Nous avons maintenant un outil pour détecter et capturer Escherichia coli. J'espère que nous pourrons le mettre en œuvre avec succès dans les diagnostics cliniques. Nous l'utilisons déjà pour des analyses environnementales. «
Markus Seeger, biochimiste
