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Les Centers for Disease Control and Prevention considèrent la résistance aux antibiotiques comme l’une des menaces les plus urgentes pour la santé publique, une menace qui affecte les communautés du monde entier. Dans leur recherche de solutions contre cette résistance, les chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute se sont tournés vers la nature.

Utiliser la nature pour combattre les bactéries

L’équipe a démontré comment elle pouvait améliorer la capacité de la collecte sélective d’enzymes antimicrobiennes de la nature pour attaquer les bactéries d’une manière qui est beaucoup moins susceptible de causer une résistance bactérienne.
« L’idée est que nous pourrions adopter l’approche de la nature et simplement l’améliorer », a déclaré Jonathan Dordick, professeur de génie chimique et biologique qui a dirigé cette recherche avec Domyoung Kim, chercheur postdoctoral et Seok-Joon Kwon, chercheur scientifique principal. Pour que les bactéries se développent et vivent, elles produisent naturellement des enzymes d’autolysine qui peuvent décomposer leurs propres parois cellulaires, permettant à ces cellules de se diviser et de se multiplier.
En s’attaquant les unes les autres, les bactéries profitent d’un processus similaire, en utilisant une protéine antibactérienne connue sous le nom de bactériocine pour tuer une bactérie. Les bactéries peuvent également être attaquées par les bactériophages. Ils produisent des enzymes d’endolysine de phage, qui attaquent la cellule bactérienne de l’intérieur. Ces trois types d’enzymes sont connus sous le nom d’enzymes lytiques cellulaires, car ils catalysent la dégradation de la paroi cellulaire bactérienne.

Les enzymes lytiques cellulaires sont modulaires

« Il est très difficile pour les bactéries de devenir résistantes à l’action de ces enzymes », dit M. Dordick. « Par exemple, si elles devenaient résistantes à une autolysine, elles ne se diviseraient plus. » Comme les blocs de construction, la plupart des enzymes lytiques cellulaires sont modulaires. Ils se composent d’un domaine de liaison qui se fixe à la paroi cellulaire et d’un domaine catalytique qui brise les trous dans la paroi cellulaire et détruit efficacement les bactéries ciblées.
Dans cet article, les scientifiques ont cherché à savoir s’ils pouvaient améliorer ces combinaisons que la nature a créées. « L’idée était : pourrions-nous utiliser une approche semblable à celle de ces blocs de construction ? Peut-on prendre un domaine de liaison d’une enzyme et le mélanger avec un domaine de liaison ou un domaine catalytique d’une autre ? » Dordick a dit.
Plus précisément, l’équipe a pris la streptavidine, une protéine qui agit comme un modèle efficace auquel les chercheurs pourraient attacher un domaine de liaison d’un organisme et un domaine catalytique d’un autre. Cette approche modulaire leur permet d’effectuer rapidement de nouvelles combinaisons afin de déterminer celles qui fonctionnera le mieux.

La combinaison des chercheurs était meilleure que ce que la nature peut faire

Ils ont constaté qu’en ciblant Staphylococcus aureus – communément appelé staphylocoque doré – leurs combinaisons étaient très efficaces, parfois même meilleures que ce que la nature peut faire. « Nous avons génétiquement exprimé les domaines de liaison ou les domaines catalytiques de plusieurs organismes différents, a dit M. Dordick. « Nous en avons identifié certains qui fonctionnaient mieux que ce que la nature peut nous fournir. Cela ouvre la voie à une toute nouvelle façon de développer des systèmes enzymatiques antimicrobiens. »
« Cette recherche a le potentiel d’améliorer la santé humaine », a déclaré Deepak Vashishth, directeur du CBIS, un centre de recherche qui réunit des professeurs de plusieurs disciplines pour résoudre ces problèmes complexes. « C’est emblématique des solutions innovantes nécessaires à l’avancement des soins médicaux contre la résistance. »

Des résultats qui jettent les bases de futures recherches

Ces résultats jettent les bases d’autres recherches afin de contrôler et de remanier divers microbiomes présents dans la nature et, éventuellement, d’être utilisés en clinique, par exemple, pour contrôler les infections cutanées et intestinales.
Cette recherche a été publiée dans Biomacromolecules.
Source :  Rensselaer Polytechnic Institute
Crédit photo : Pixabay