C'est cher et lent, la recherche de nouveaux antibiotiques indispensables. La méthode dite Legoblok crée rapidement des variantes d'une classe prometteuse d'antibiotiques, et vous pouvez en tester des milliers en une seule fois sur des puces avec des mini gouttelettes d'eau.
32 ans après le lancement du premier satellite GPS, n'importe qui peut repérer les mauvaises herbes dans mon jardin via Google Maps. Pourtant, il a été vain d'attendre de nouvelles classes d'antibiotiques depuis quarante ans, alors que les superbactéries résistantes progressent. Le problème est que nous utilisons toujours les mêmes techniques qu'au siècle dernier. Au cours de ma thèse, nous avons développé une méthode pour convertir les différents composants d'un nouveau type d'antibiotique en blocs de construction standardisés. De cette façon, nous pouvons créer rapidement et facilement de nouvelles combinaisons, tout comme jouer avec Lego. J'ai ensuite lié cette méthode à une méthode de test qui fonctionne avec de minuscules gouttelettes d'eau. Ensemble, ces techniques ouvrent la porte au développement plus rapide de nouveaux antibiotiques sur mesure.
Depuis 2000, une nouvelle classe d'antibiotiques a été découverte, basée sur des enzymes antibactériennes :les enzymobiotiques. Vous pouvez mieux comparer l'effet des enzymes biotiques avec de petits ciseaux qui coupent les bactéries. Une propriété unique est que les enzymobiotiques sont constitués de différentes parties, chacune ayant une fonction distincte. Vous avez donc une partie qui reconnaît la bactérie, une autre partie qui coupe la bactérie et une connexion qui maintient le tout ensemble. L'échange de parties de différentes enzymes peut modifier leurs propriétés, telles que la spécificité et l'activité. En réunissant des parties de différentes enzymes, une nouvelle enzyme améliorée peut être créée.
Cette vidéo montre le fonctionnement des enzymes biotiques, vu au microscope. En quelques minutes, toutes les bactéries sont coupées en morceaux :
Cependant, il est difficile de prédire quelles parties vous devez réunir pour obtenir ce super-enzymebiotique. Pour cela, vous devez être capable de créer des millions de combinaisons possibles, puis de tester celle qui tue le mieux les bactéries. Avec des collègues de l'Université de Gand, j'ai développé une nouvelle méthode dans laquelle nous convertissons les différents composants des enzymes en blocs de construction standardisés, en quelque sorte des blocs Lego. Cela nous permet d'échanger ces pièces très rapidement et efficacement et de créer des millions de nouvelles variantes en une journée. De cette manière, nous avons développé une nouvelle enzyme de conception qui agit spécifiquement contre Acinetobacter baumannii , une bactérie pathogène qui prolifère souvent dans les plaies chirurgicales et les brûlures. Nos recherches ont été publiées dans la revue de référence Science Advances † Nous avons également breveté avec succès cette méthode de bloc Lego. Dans une prochaine étape, nous voulons tester cette nouvelle enzyme dans des modèles (animaux) pertinents.
Avec cette nouvelle méthode de blocs Lego, nous créons des millions de nouvelles variantes en une journée. Afin de pouvoir les tester rapidement, j'ai développé un nouveau système de test dans ma thèse qui utilise des mini-gouttelettes d'eau.
Les gouttelettes d'eau que nous utilisons sont un million de fois plus petites qu'une goutte de pluie, et chaque goutte sert de mini-réacteur individuel. Dans chaque goutte, nous réunissons une variante de l'antibiotique enzymatique avec une bactérie résistante. Nous pouvons attraper de telles bactéries à partir d'une plaie difficile à cicatriser, par exemple. Nous envoyons ensuite toutes les gouttelettes devant un détecteur qui sélectionne les gouttelettes contenant les bactéries coupées. Ceux-ci contiennent une enzyme-biotique souhaitée, dont nous vérifions ensuite la composition (types et ordre des blocs Lego). Ces enzymes de conception sont adaptées aux bactéries résistantes.
Ici, vous pouvez voir comment les gouttelettes d'eau sont envoyées devant le détecteur. Les gouttes avec une enzyme de conception fonctionnelle et des bactéries coupées seront envoyées vers le haut. Les autres baisses ne sont pas étudiées plus avant :
La production et le contrôle de ces gouttelettes se fait avec des puces. Ces puces peuvent être comparées aux puces électroniques de votre téléphone portable ou de votre ordinateur, mais elles contrôlent spécifiquement les gouttelettes d'eau au lieu des impulsions électriques. Parce que les gouttelettes sont si petites, nous pouvons créer plus de 2000 gouttelettes par seconde. Cette technique est beaucoup moins chère que les procédures de test classiques car elle nécessite moins d'espace et de liquide de réaction. Au cours de ma thèse, j'ai déjà réussi à tester 15 000 nouvelles enzymes biotiques en une seule fois.
Les mini gouttelettes d'eau nous permettent de tester plus de 2000 variants enzymatiques par seconde
Les enzybiotiques présentent des avantages importants par rapport aux antibiotiques traditionnels. Tout d'abord, ils fonctionnent très spécifiquement. Ils ne peuvent éliminer les bactéries indésirables qu'avec la précision d'un tireur d'élite, tandis qu'une cure traditionnelle d'antibiotiques a l'effet d'une bombe atomique sur votre microbiome. Deuxièmement, les enzymobiotiques assurent une mort rapide des bactéries. Laisser le microbiome intact et l'action rapide des enzymes biotiques rendent plus difficile la prédominance des bactéries pathogènes résistantes. La combinaison des mini-gouttes et des blocs Lego nous donne un bon aperçu de la structure des enzymes de conception, ce qui conduira à la conception et au test d'enzymes encore meilleures à l'avenir.
Plusieurs enzymobiotiques font actuellement l'objet d'essais cliniques. Ces essais consistent en plusieurs phases au cours desquelles ils testent à la fois l'efficacité du médicament et sa sécurité pour le patient. Une enzyme d'une société américaine est actuellement en phase finale et les résultats sont prometteurs. Espérons que cet enzymebiotique deviendra le point de départ de la première nouvelle classe d'antibiotiques en près de 40 ans. Nous travaillons déjà sur des techniques qui contribuent au développement de nouveaux enzymobiotiques sur mesure et accessibles à tous.
Hans Gerstmans i s nominé pour la Flemish PhD Cup. Découvrez-en plus sur ses recherches sur www.phdcup.be.
Image :Wikipédia Commons.
