Pourquoi reproduire en laboratoire ce que les bactéries font si bien naturellement ? La bio-ingénieure Joleen Masschelein explore les substances utiles produites par les bactéries et comment les optimiser pour une production encore plus efficace.
« Les bactéries sont de véritables chimistes brillants », s'enthousiasme Joleen Masschelein, experte reconnue en bio-ingénierie. « Elles synthétisent des molécules complexes, variées et souvent d'une beauté remarquable. » Parmi ces composés, certains se révèlent déjà comme des antibiotiques, des médicaments anticancéreux ou des agents phytosanitaires. « Mais nombre d'entre eux restent inexplorés. Les bactéries les produisent pour combattre leurs rivaux ou pour d'autres motifs encore mystérieux. »
« Il faut beaucoup de temps et d'efforts pour imiter en laboratoire ce qu'une bactérie réalise naturellement »
Sa thèse de maîtrise sur les bactéries productrices d'antibiotiques contre le staphylocoque doré résistant à la méthicilline (SARM), une menace nosocomiale majeure, a éveillé la passion de Masschelein pour ces capacités exceptionnelles.
Elle recourt à l'extraction génomique pour identifier dans l'ADN bactérien les gènes responsables de substances prometteuses. « À partir de la séquence génétique, on peut anticiper si une molécule est novel et utile », explique-t-elle. Traditionnellement, une fois isolée, la substance est synthétisée en laboratoire et affinée pour plus d'efficacité ou moins de toxicité. « Pourtant, reproduire le processus naturel demande un investissement considérable en temps et ressources », note Masschelein. C'est pourquoi elle opte pour une ingénierie directe de la bactérie.
À l'Université de Warwick (Royaume-Uni), Masschelein a étudié Burkholderia, qui produit un antibiotique efficace contre Acinetobacter baumannii, une superbactérie multirésistante en tête de la liste prioritaire de l'OMS. « En Europe seule, elle cause des milliers de décès annuels. Opportuniste, elle frappe les systèmes immunitaires affaiblis. Quelques traitements subsistent, mais la résistance émerge. »
Cet antibiotique présente un défaut : sa dégradation rapide in vivo. « Pour l'améliorer, il faut décrypter son mécanisme de biosynthèse », souligne l'experte. « Imaginez une chaîne de montage automobile : une suite d'enzymes assemble les blocs de construction. » Par de subtiles modifications, elle a obtenu une version plus stable et puissante.
Sa recherche a aussi élucidé la reconnaissance mutuelle des enzymes, ouvrant la voie à des chaînes de montage artificielles. « Ainsi, nous créons rationnellement des molécules inédites en nature. »
Des tests précliniques sur souris évaluent actuellement ce nouvel antibiotique contre Acinetobacter baumannii. En cas de succès, la recherche de partenaires industriels suivra. Les antibiotiques posent un défi économique : l'industrie rechigne à investir dans des produits à usage limité pour freiner les résistances.
Masschelein cite Achaogen, dont l'antibiotique récent a conduit à la faillite faute d'usage massif. Sa thèse doctorale révèle que des trésors se cachent parfois près de nous : des bactéries prélevées en cuisine étudiante (Alma 3) par le labo de microbiologie alimentaire produisaient des antimicrobiens.
Il s'agit des zéamines, une nouvelle classe d'antibiotiques à large spectre brisant les parois bactériennes. « Urgemment nécessaires, mais toxiques pour les cellules humaines, nous les optimisons via l'ingénierie biosynthétique. »
Prochainement, Masschelein dirigera son groupe au VIB (Institut flamand de biotechnologie), focalisé sur le microbiote humain. « Paradoxalement, nous ignorons souvent nos bactéries internes mieux que celles de l'environnement. » Au-delà des corrélations avec les maladies, elle traquera gènes actifs et métabolites produits.
Cela ouvrira des thérapies ciblant les substances pathogènes. « C'est l'essence de mon travail : valoriser le génie bactérien pour soigner l'humanité. »
Joleen Masschelein (1986) est bio-ingénieure en technologie cellulaire et génétique (KU Leuven, 2009). Docteur en 2015 pour ses travaux sur les antibiotiques à large spectre de Serratia, elle a lancé sa recherche à l'Institut Rega (2017) après Warwick. Lauréate 2019 du Prix KU Leuven pour l'étude des usines antibiotiques bactériennes.
