Les bactéries ayant une fonction d'absorption mesurent la santé intestinale

Pour que cela fonctionne bien, les chercheurs ont introduit la matrice Crispr de l'espèce bactérienne Fusicatenibacter saccharivorans dans une souche de la bactérie intestinale Escherichia coli, considérée comme sûre et admise en tant que soi-disant probiotique. Une partie du transfert était le mode d'emploi d'une enzyme appelée transcriptase inverse, qui peut transcrire l'ARN en ADN. Cette enzyme transcrit également l'information de l'ARN messager en forme d'ADN, nécessaire à l'intégration dans la matrice Crispr.

Examiner sans perturber le corps

Des chercheurs de l'Hôpital de l'Île et de l'Université de Berne, dirigés par Andrew Macpherson, ont administré en laboratoire à des souris des bactéries intestinales ainsi modifiées. L'équipe a recueilli des échantillons d'excréments de ces animaux, en a isolé l'ADN bactérien et l'a analysé par séquençage d'ADN à haut débit. A partir d'un énorme volume de données, les chercheurs ont pu reconstruire l'information génétique des fragments d'ARN messager à l'aide de la bioinformatique. Les scientifiques ont ainsi pu déterminer de manière non invasive combien de fois telle ou telle molécule d'ARN messager a été produite par les bactéries intestinales pendant leur séjour dans le corps, et donc quels gènes sont actifs.

"Cette nouvelle méthode nous permet d'obtenir des informations directement à partir de l'intestin, sans avoir à perturber sa fonction", explique Andrew Macpherson, professeur et médecin-chef en gastroentérologie à l'Hôpital de l'Île à Berne. La méthode présente donc des avantages par rapport à la coloscopie, qui peut être désagréable pour les patients et qui perturbe toujours la fonction intestinale, car l'intestin doit être vide pour l'examen.

Déterminer l'état nutritionnel

"Les bactéries sont très douées pour détecter les conditions environnementales et adapter leur métabolisme à des conditions changeantes, comme la nourriture", explique Macpherson. Lors d'expériences avec des souris recevant différents aliments, les chercheurs ont pu montrer comment les bactéries adaptent leur métabolisme à l'offre de nutriments. Les scientifiques en parlent dans la dernière édition de la revue spécialisée page externeScience.

Les chercheurs souhaitent continuer à développer la méthode pour pouvoir un jour l'utiliser chez des patients afin d'étudier comment l'alimentation influence l'écosystème intestinal et comment cela se répercute sur la santé. La méthode devrait être utilisée à l'avenir pour déterminer l'état nutritionnel des enfants ou des adultes. Sur cette base, les carences alimentaires pourraient être diagnostiquées ou les médecins pourraient décider si un patient a besoin de compléments alimentaires.

En outre, les chercheurs ont pu identifier des réactions inflammatoires dans l'intestin. Ils ont administré les bactéries sensorielles à des souris souffrant d'une inflammation intestinale ainsi qu'à des souris saines. De cette manière, ils ont pu déterminer le profil ARN messager spécifique des bactéries intestinales qui passent en mode inflammatoire.

Distinguer les différentes bactéries

L'étude actuelle, publiée dans le magazine Science, comprend également un développement qui permet aux scientifiques de distinguer deux souches de bactéries à l'aide de "codes-barres" génétiques individuels. Cela permettra à l'avenir d'étudier la fonction des mutations génétiques dans les bactéries chez les animaux de laboratoire. Les chercheurs peuvent ainsi comparer le profil ARN messager de différentes bactéries, par exemple de bactéries mutées et de bactéries non mutées. Grâce à l'enregistreur de données moléculaires, il est pour la première fois possible de déterminer ce profil pendant que les bactéries traversent l'intestin et pas seulement lorsqu'elles sont présentes dans les selles. Les scientifiques savent ainsi ce qui s'est passé lorsque les bactéries vivaient encore dans l'intestin.

Il serait également envisageable de développer le système pour distinguer les profils d'ARN des bactéries dans l'intestin grêle et le gros intestin. En outre, la fonction d'enregistreur de données pourrait également être intégrée dans d'autres espèces de bactéries. Cela permettrait des applications dans la surveillance de l'environnement. En analysant les bactéries du sol d'un champ, on pourrait par exemple savoir si des herbicides ont été utilisés.

Une application sûre possible

Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour la méthode elle-même ainsi que pour les profils d'ARN caractéristiques qui permettent de tirer des conclusions sur certains nutriments ingérés ainsi que sur la santé intestinale.

Avant de pouvoir utiliser les bactéries capteurs en dehors d'un laboratoire, y compris chez des patients, les scientifiques doivent encore résoudre des questions de sécurité et des aspects légaux. Car les bactéries sont génétiquement modifiées. "En principe, il est possible d'utiliser des micro-organismes vivants génétiquement modifiés comme agents diagnostiques ou thérapeutiques en médecine, si certaines conditions sont remplies", explique Platt. Il est ainsi possible de modifier les bactéries sensorielles de manière à ce qu'elles aient besoin de certaines substances nutritives et qu'elles ne survivent ainsi qu'à l'intérieur de l'intestin d'un patient. En dehors de l'intestin, ces bactéries meurent. L'intégration de mécanismes de sécurité correspondants est la prochaine étape vers une application en médecine.

Ce travail de recherche a été soutenu par des ERC Grants à Randall Platt et Andrew Macpherson ainsi que par une subvention du Botnar Research Center for Child Health. Les études sur les souris ont été menées à la Clean Mouse Facility de l'Université de Berne, qui est soutenue par la fondation de recherche Genaxen.