Contre la malnutrition chez les enfants

Des bactéries comme capteurs

Le responsable de ce projet de cinq ans est Randall Platt, professeur de génie biologique à l'ETH Zurich. En octobre, son groupe de recherche a emménagé dans le nouveau b?timent du Département des systèmes biologiques à B?le. La baie vitrée de son bureau lumineux offre une vue sur le nouveau quartier. Le jeune homme de 36 ans explique : "Il nous manque aujourd'hui des méthodes pour mesurer de manière simple et fiable les inflammations, les infections et les problèmes nutritionnels dans l'intestin", et ce bien que l'on sache que l'intestin est central pour la santé humaine. Il régule pratiquement tous les organes, y compris le cerveau, et joue un r?le important pour le système immunitaire et le métabolisme.

Pour effectuer des analyses sur l'état de santé de l'intestin, on procède aujourd'hui le plus souvent à une coloscopie. Cette méthode est co?teuse et désagréable pour les patients, notamment parce qu'elle nécessite une vidange complète de l'intestin. De plus, elle ne permet que de prendre un instantané et non de suivre l'évolution. C'est pourquoi Platt recherche une alternative élégante. Sa technologie est non invasive, elle ne perturbe pas le fonctionnement normal de l'intestin et permet également d'obtenir des informations sur l'évolution du milieu intestinal. "C'est comme un saut technologique de la photographie au film", explique Platt.

Platt et son équipe utilisent comme "caméra vidéo" de quelques micromètres des bactéries E. coli manipulées au moyen du ciseau génétique Crispr/Cas de manière à ce qu'elles puissent percevoir et enregistrer les modifications de leur environnement biologique. "Les cellules de ces bactéries s'adaptent à leur environnement lorsqu'elles traversent l'intestin. Elles réagissent aux changements de pH, aux nutriments et aux produits chimiques", explique Platt. Cette réaction peut être mesurée. Au niveau génétique, les chercheurs capturent des molécules d'ARN dans des E. coli vivants afin de déterminer les gènes que les bactéries ont exprimés en réaction à l'environnement intestinal pendant le transit intestinal. Les chercheurs enregistrent ainsi l'expression des gènes dans l'intestin sur une sorte de carte mémoire bactérienne. Pour ce faire, ils isolent et séquencent l'ADN bactérien des matières fécales. Gr?ce à la bioinformatique, les chercheurs déterminent quels gènes étaient actifs pendant le passage dans l'intestin et quel environnement moléculaire et microbiotique la bactérie y a trouvé. Par exemple, si la composition nutritionnelle de l'intestin est suffisante pour un développement sain.

Dans une étude qui para?tra en 2022 dans la revue Science, Platt et son équipe décrivent la fonction de ces vidéobactéries dans un modèle de souris. Au cours de l'expérience, elles sont restées actives pendant un à sept jours dans l'intestin des souris et ont collecté des données. "Nous avons pu montrer que notre technologie permet de collecter des informations biologiques importantes dans toutes les régions de l'intestin", un grand avantage par rapport à l'endoscopie. Les chercheurs ont également réussi à suivre l'effet de l'alimentation sur la flore intestinale.

Pour ce faire, ils ont nourri trois groupes de souris avec des aliments différents, une fois avec beaucoup de nutriments, une fois avec beaucoup de graisses ou une fois avec beaucoup d'amidon. Les vidéobactéries séquencées présentaient une expression génétique caractéristique selon le type d'alimentation. "Nous avons pu suivre pratiquement en temps réel si la teneur en nutriments d'un régime était suffisante pour un environnement intestinal sain".

Lutter de manière plus ciblée contre les déficits

Avec une telle plate-forme de diagnostic, les enfants souffrant de malnutrition ou d'autres déficits pourraient à l'avenir être traités de manière individuelle et plus ciblée, espèrent les chercheurs. Pour cela, des connaissances supplémentaires sur les dépendances entre les modifications de la flore intestinale et certaines manifestations de la maladie sont également nécessaires. Platt travaille donc en étroite collaboration avec des collègues internes et externes à l'ETH dans le cadre du projet BRCCH. Parmi eux, Uwe Sauer, professeur de biologie systémique à l'ETH, dont les recherches se concentrent sur le métabolisme microbien et les interactions entre l'h?te et les microbes.

Andrew Macpherson, professeur et médecin-chef en gastroentérologie à l'H?pital de l'?le de Berne, a mis en place sa propre cohorte mère-enfant en Suisse dans le cadre du projet. En collaboration avec Kerina Duri au Zimbabwe, il compare les deux cohortes afin de mieux comprendre comment la flore intestinale se développe chez les jeunes enfants dans des conditions différentes. Dirk Bumann, professeur de biologie infectieuse au Biocentre de l'Université de B?le, complète l'équipe afin d'étudier le r?le des pathogènes dans la flore intestinale. Ceux-ci sont particulièrement fréquents dans l'eau contaminée ou en cas de manque d'hygiène, peuvent entra?ner des infections intestinales et aggraver les effets de la malnutrition.

Dans une prochaine étape, l'équipe de recherche souhaite tester le potentiel diagnostique des vidéobactéries dans le cadre d'études cliniques sur l'homme. Les obstacles réglementaires sont élevés en raison de la technologie Crispr/Cas utilisée, explique Platt, qui estime que les premiers tests cliniques pourraient commencer au cours des cinq prochaines années.

Sa collègue au Zimbabwe, Kerina Duri, espère que la collaboration avec la Suisse se poursuivra même après la fin du projet BRCCH à la fin de l'année. "Notre objectif est de créer un centre d'excellence pour la recherche sur la flore intestinale au Zimbabwe", dit-elle. Un centre dont les mères et les enfants pourraient profiter non seulement au Zimbabwe, mais aussi dans toute l'Afrique. "Mais pour développer les capacités correspondantes, nous sommes tributaires de financements externes et de coopérations, comme celle avec l'ETH Zurich", explique Duri.