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Pour la première fois, une bactérie modifiée dans l’intestin d’un animal a réussi à détecter la présence d’une séquence d’ADN spécifique. Cette approche pourrait être utilisée pour créer des capteurs vivants capables d’émettre des alertes précoces de cancers ou d’agents pathogènes dangereux.

Une bactérie modifiée détecte une séquence d’ADN 

« Elle est parfaite pour la détection des cancers et des précancers dans l’ensemble du tractus gastro-intestinal », explique le chef d’équipe Jeff Hasty, de l’université de Californie à San Diego.

Selon M. Hasty, cette approche pourrait également être utilisée pour détecter le choléra dans les sources d’eau potable, la malaria dans les eaux où se reproduisent les moustiques et les champignons toxiques sur les cultures ou les aliments stockés, ainsi que pour surveiller les maladies via les eaux usées.

Dans l’intestin, des bactéries pourraient même être conçues pour traiter les infections qu’elles détecteraient, explique M. Hasty. « La liste des maladies [intestinales], ou même des infections diabétiques ou des ulcères vasculaires, qui pourraient être détectées et contrecarrées par une réponse précoce et directe est vaste. »

Pour créer leur détecteur d’ADN, Hasty a travaillé avec Daniel Worthley de la clinique de coloscopie de Brisbane, en Australie, et d’autres personnes pour exploiter deux choses.

La transformation s’est faite par étapes

Premièrement, de nombreuses espèces bactériennes absorbent les fragments d’ADN présents dans l’environnement. Elles le font généralement pour utiliser l’ADN comme source de nourriture, mais lorsque l’ADN importé correspond à une partie du génome bactérien, la séquence importée peut s’y intégrer.

Ensuite, la plupart des bactéries possèdent également des systèmes immunitaires CRISPR qui peuvent cibler et détruire des séquences d’ADN spécifiques – l’édition des gènes CRISPR utilise des composants de ces systèmes bactériens.

Les chercheurs ont modifié une bactérie appelée Acinetobacter baylyi pour détecter une mutation d’une seule lettre de l’ADN dans un gène humain appelé KRAS, qui est présent dans de nombreux cancers. Ils ont d’abord programmé la machinerie CRISPR de la bactérie pour qu’elle détruise toute copie normale de KRAS qu’elle aurait absorbée, afin que seules les séquences mutantes puissent être intégrées dans le génome bactérien.

Ensuite, ils se sont assurés que l’intégration de toute séquence mutante de KRAS rendrait cette bactérie résistante aux antibiotiques. Les chercheurs ont ensuite ajouté ces bactéries dans l’intestin de souris, dont certaines étaient atteintes de tumeurs colorectales contenant le gène mutant KRAS.

Lorsque les échantillons de matières fécales de ces souris ont été placés sur un milieu contenant un antibiotique, seule la A. baylyi des rongeurs atteints de tumeurs s’est développée et est devenue visible.

Une première dans ce domaine

« À ma connaissance, il s’agit du premier exemple de bactéries modifiées pour détecter des séquences d’ADN spécifiques alors qu’elles vivent dans l’intestin », déclare David Riglar, de l’Imperial College de Londres, qui n’a pas participé à cette recherche. « Il est toujours passionnant de voir des avancées telles que celle-ci ».

Le simple séquençage de l’ADN présent dans les échantillons de selles n’est pas un moyen fiable de détecter rapidement les cancers ou les agents pathogènes intestinaux, explique Hasty, car nos intestins sont remplis d’enzymes qui mâchent rapidement tout ADN libre. Mais si la détection de l’ADN se fait in situ dans l’intestin, elle peut se faire avant que l’ADN ne soit détruit.

Le système de détection basé sur la résistance aux antibiotiques n’a été utilisé qu’à titre de preuve de principe, précise-t-il. L’équipe cherche des moyens de simplifier la détection des bactéries lorsqu’elles rencontrent une molécule cible. Une première approche consisterait à faire en sorte qu’elles génèrent des signaux visuels visibles dans les fèces ; une autre serait d’amener ces bactéries à produire des substances inoffensives qui pourraient être détectées par des tests sanguins.

Il reste encore du travail à faire

L’équipe développe également des circuits génétiques qui permettraient aux bactéries de détecter n’importe laquelle des nombreuses mutations différentes. Cela sera nécessaire pour détecter la plupart des cancers : le mutant KRAS n’est présent que dans 13 % des cancers colorectaux.

« Il s’agit d’une approche très intéressante », déclare M. Riglar. Mais il reste encore un certain nombre de défis à relever avant que ce système bactérien puisse devenir un outil de diagnostic efficace, ajoute-t-il.

Cette recherche a été pré-publiée dans bioRxiv.

Source : New Scientist
Crédit photo : StockPhotoSecrets