construire-des-bactéries-pour-nous-maintenir-en-bonne-santé

Cette sensation dans vos intestins ? Eh bien, c’est dans votre tête, mais une partie de cette sensation commence vraiment dans le tractus gastro-intestinal. Certains des billions de bactéries qui vivent dans votre intestin – parmi les virus, les eucaryotes et les archées – synthétisent certains des neurotransmetteurs responsables de vos nerfs, de votre anxiété et de votre euphorie. Lorsque vous n’avez pas assez – ou trop – de l’une de ces hormones, votre santé mentale peut en souffrir.

Des bactéries génétiquement modifiées

Tae Seok Moon, professeur associé au département de l’énergie, a lui-même fait l’expérience de ce déséquilibre. Et il travaille sur une solution : des bactéries génétiquement modifiées qui peuvent surveiller la production chimique à l’intérieur de l’intestin d’une personne et corriger tous les déséquilibres.

« C’est un travail difficile », a déclaré M. Moon, « de maintenir l’équilibre de vos neurotransmetteurs ». Mais il a déjà commencé. En 2017, Moon a obtenu une subvention pour concevoir un probiotique visant spécifiquement à protéger les gens des effets négatifs des poussées d’adrénaline sur la santé.

La méthode de Moon implique le développement d’un « capteur bactérien » qui peut détecter certains produits chimiques dans l’intestin d’une personne. Il a travaillé sur des capteurs similaires dans son laboratoire dans le but de créer génétiquement un type de système modulaire avec différents capteurs. Il a déjà mis au point des capteurs pour la température, le pH, les niveaux d’oxygène, la lumière, les polluants et d’autres substances chimiques liées aux maladies.

La spécificité est la clé

Moon n’est pas le premier à développer de tels capteurs, mais jusqu’à maintenant, ils ont surtout souffert d’un manque de spécificité. Les capteurs peuvent avoir des difficultés lorsqu’il s’agit de différencier des molécules de structure similaire. « La spécificité en ingénierie est l’un des grands défis », a déclaré Moon. « Mais nous avons prouvé que c’était possible ». La preuve en est la bactérie Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), génétiquement modifiée, qui possède un capteur pour un – et un seul – type de molécule.

L’équipe a pu partir d’une voie de détection présente naturellement dans cette bactérie. Le premier auteur, Austin Rottinghaus, étudiant en doctorat dans le laboratoire de Moon, et d’autres membres du laboratoire ont utilisé la modélisation informatique pour explorer comment les mutations affecteraient la sensibilité de la voie. Les chercheurs sont parvenus à mettre au point une voie de détection sensible aux molécules qui les intéressaient, et uniquement à ces molécules.

Les capteurs ont été incorporés à EcN, transformant cette bactérie en chasseur de précision. Ils ont pu distinguer la phénylalanine (Phe) et la tyrosine (Tyr), deux molécules structurellement similaires associées respectivement aux troubles (PKU) et à la tyrosinémie de type 2. L’équipe a également mis au point des capteurs pour la phényléthylamine (PEA) et la tyramine (Tyr), deux molécules de structure similaire présentes dans les aliments et dans l’intestin.

Concevoir un actionneur

Avec cette preuve de concept, le laboratoire de Moon peut maintenant travailler à la mise au point d’un actionneur – une protéine qui agira en fonction des informations recueillies par le capteur. Par exemple, la PCU (la phénylcétonurie) est une maladie génétique qui entraîne une accumulation excessive de phénylalanine chez les bébés. Une bactérie entièrement modifiée pourrait avoir un capteur pour détecter cet acide aminé et un actionneur capable de le dégrader si les niveaux de phénylalanine sont trop élevés.

Ces types d’organismes modifiés peuvent être utiles au-delà du cadre médical. Ils peuvent également être utilisés pour contrôler la qualité des aliments ou pour réguler les voies du métabolique microbien, les processus utilisés pour créer de nombreux produits pharmaceutiques, des carburants ou d’autres produits chimiques.

Corriger les niveaux des neurotransmetteurs

Toutefois, en raison de son expérience, M. Moon est personnellement plus intéressé par les bactéries capables de détecter les niveaux de neurotransmetteurs dans l’intestin. « Si les niveaux sont trop élevés, cette bactérie produit une enzyme qui dégrade le produit chimique cible. Si le niveau est trop bas, dit-il, cette bactérie produit une enzyme qui peut en synthétiser davantage. »

Environ 95 % de l’hormone sérotonine est synthétisée par les bactéries de l’intestin. Lorsque cette hormone et d’autres neurotransmetteurs sont déréglés, une personne peut souffrir énormément, a déclaré M. Moon. Il veut mettre un terme à cette souffrance. « C’est le début de notre solution d’ingénierie bactérienne ».

Cette recherche a été publiée dans Cell Systems.

Source : Washington University in St. Louis
Crédit photo : iStock