Pourquoi faire soi-même ce que les bactéries peuvent faire de mieux ? Joleen Masschelein étudie quelles substances utiles les bactéries produisent et comment elles peuvent le faire encore mieux.
« Les bactéries sont de brillants chimistes », déclare avec admiration la bio-ingénieure Joleen Masschelein. «Ils sont capables de produire des molécules complexes diverses et souvent très belles.» Certaines de ces substances produites par des bactéries ont déjà fait leurs preuves en tant qu'antibiotiques, médicaments anticancéreux ou agents phytosanitaires. « Mais il y a encore beaucoup de substances dont nous ne savons rien. Les bactéries fabriquent ces substances pour combattre leurs ennemis, ou pour des raisons que nous ne connaissons pas encore.'
"Il faut beaucoup de temps et d'efforts pour imiter en laboratoire ce qu'une bactérie peut faire naturellement"
C'est sa thèse de maîtrise sur les bactéries qui produisent des antibiotiques contre la bactérie hospitalière SARM qui a suscité l'intérêt de Masschelein pour les dons particuliers des bactéries.
Elle utilise ce que l'on appelle « l'extraction du génome » pour rechercher des gènes dans l'ADN bactérien qui sont responsables de la production de substances potentiellement intéressantes. "Sur la base de la séquence génétique, vous pouvez plus ou moins prédire s'il s'agit d'une substance nouvelle et potentiellement utile", dit-elle. Une fois qu'une telle substance utile a été trouvée, l'approche traditionnelle consiste à l'imiter en laboratoire. Si nécessaire, quelques ajustements sont apportés, afin que la substance fonctionne encore mieux ou soit moins toxique pour l'homme, par exemple. «Mais il faut beaucoup de temps et d'efforts pour imiter en laboratoire ce qu'une telle bactérie peut faire naturellement», explique Masschelein. C'est pourquoi elle a adopté une approche différente :bricoler avec la bactérie elle-même.
Masschelein a étudié la bactérie Burkholderia à l'Université britannique de Warwick. Ils produisent un antibiotique qui agit contre la bactérie hospitalière multirésistante Acinetobacter baumannii. « L'Organisation mondiale de la santé a une liste de bactéries contre lesquelles de nouveaux antibiotiques sont nécessaires de toute urgence. Acinetobacter baumannii est en tête de liste. Rien qu'en Europe, il cause chaque année plusieurs milliers de morts. C'est une bactérie opportuniste typique, qui frappe lorsque notre système immunitaire est déjà affaibli. Il existe encore quelques médicaments qui fonctionnent, mais la bactérie commence également à développer une résistance à ceux-ci.'
La substance produite par la bactérie Burkholderia présente un inconvénient important :après avoir été introduite dans notre corps, elle se désintégrerait rapidement. Cela le rend inutile comme antibiotique. «Avant de pouvoir y remédier, vous devez d'abord comprendre comment le matériau fonctionne et est fabriqué», explique Masschelein. « Vous pouvez comparer la production à une chaîne de montage de voitures. Toute une batterie d'enzymes ajoute toujours un bloc de construction." En expérimentant de petits ajustements à cette chaîne de montage, elle a réussi à obtenir un antibiotique à la fois plus stable et plus efficace.
La recherche a également permis de comprendre comment les différentes enzymes de la chaîne de montage se reconnaissent afin de pouvoir travailler ensemble. « En appliquant ces composants de reconnaissance à d'autres enzymes, nous pouvons créer des chaînes de montage entièrement nouvelles. De cette façon, nous produisons de manière réfléchie des substances qui n'existent pas dans la nature.'
Des études sont actuellement en cours pour tester le nouvel antibiotique contre Acinetobacter baumannii chez la souris. Si ceux-ci donnent de bons résultats, alors la recherche d'un partenaire qui souhaite mettre le produit sur le marché commence. Ce n'est pas une mince affaire pour les antibiotiques. Il n'est pas intéressant pour l'industrie pharmaceutique d'investir dans un produit pouvant être utilisé le moins possible afin d'éviter les résistances.
Masschelein cite l'entreprise Achaogen comme exemple. « Il a récemment introduit un nouvel antibiotique sur le marché. Mais parce que les médecins ne le gardent qu'en dernier recours, l'entreprise est maintenant en faillite."
La recherche doctorale de Masschelein montre que de nouveaux antibiotiques peuvent parfois littéralement être cachés dans un petit coin. Des collègues du laboratoire de microbiologie alimentaire avaient collecté des bactéries dans la cuisine du restaurant étudiant Alma 3. L'une de ces bactéries s'est avérée produire des substances antimicrobiennes.
Les recherches de Masschelein ont montré qu'il s'agissait d'une nouvelle classe d'antibiotiques à large spectre, les soi-disant zéamines. «De nouveaux antibiotiques à large spectre, qui tuent différents groupes de bactéries en même temps, sont également nécessaires de toute urgence. Les zéamines le font en brisant la paroi cellulaire des bactéries. Le problème est qu'ils font la même chose dans les cellules humaines. Nous essayons de trouver une solution à cela en modifiant le processus d'assemblage.'
Dans ses recherches ultérieures, Masschelein souhaite se concentrer sur les bactéries présentes dans notre corps. À partir d'août, elle dirigera son propre groupe de recherche à l'Institut flamand de biotechnologie (VIB). "Curieusement, nous en savons souvent plus sur les bactéries de notre environnement que sur la communauté bactérienne de notre propre corps." La recherche sur notre microbiome se concentre souvent sur les liens entre la présence de certaines espèces bactériennes et un risque accru ou réduit de maladie.
Masschelein veut creuser plus profondément. Elle veut découvrir quels gènes sont actifs dans les bactéries et quelles substances elles produisent en conséquence. Idéalement, cela fournira des points de départ pour de nouvelles thérapies qui, par exemple, paralysent la production de certaines substances pathogènes. "C'est ce que j'aime le plus dans cette recherche :comment nous pouvons utiliser la connaissance de ce talent fascinant des bactéries pour aider les gens."
Joleen Masschelein (1986) a obtenu son diplôme de bioingénieur en technologie cellulaire et génétique en 2009 à la KU Leuven. En 2015, elle obtient son doctorat pour ses recherches sur la production de nouveaux antibiotiques à large spectre dans la bactérie Serratia. Deux ans plus tard, elle revient de Grande-Bretagne pour lancer sa propre ligne de recherche au laboratoire de chimie médicinale de l'Institut Rega à Louvain. En 2019, elle a reçu le prix KU Leuven du Conseil de la recherche pour l'étude et l'optimisation des usines d'antibiotiques bactériens.
