Des milliards de micro-organismes vivent dans les intestins des mammifères, ce qui affecte d'une manière ou d'une autre la santé et l'apparition de maladies. La plupart d'entre eux sont mal étudiés par la science moderne et peu de technologies ont été développées pour étudier les processus qui se produisent dans l'intestin.
Mais les bactéries ont formé des capteurs génétiquement codés sur des dizaines de milliers d'années qui reconnaissent différents types de particules. Par conséquent, les bactéries sensorielles génétiquement modifiées ont un potentiel suffisant pour étudier les intestins et diagnostiquer les maladies intestinales. Comme les électriciens qui conçoivent des circuits pour leurs fils et leurs composants électroniques, les biologistes utilisent des circuits génétiques pour programmer des créatures unicellulaires afin d'effectuer des opérations complexes de traitement de l'information.
Les biologistes de l'Université Rice ont créé des bactéries intestinales qui peuvent reconnaître la colite - inflammation du côlon - chez la souris. À l'avenir, le développement peut être utilisé pour étudier comment les bactéries intestinales interagissent avec le corps humain au niveau moléculaire. De plus, les bactéries peuvent être une sorte de test pour surveiller l'état et les maladies de l'intestin.
Dans leurs travaux antérieurs, ils ont fait l'hypothèse que les changements dans le microbiote intestinal, la prédisposition génétique et d'autres facteurs peuvent certainement influencer l'apparition et le développement de maladies inflammatoires de l'intestin - la maladie de Crohn et la colite ulcéreuse.
Sur la base d'un certain nombre d'autres études antérieures, les scientifiques ont conclu que le nombre de molécules de
thiosulfate peut être augmenté pendant la colite. Il leur a été difficile d'étudier cette connexion, car il n'existe pas d'outils pour un outil fiable de mesure du thiosulfate chez les animaux. Le premier objectif de l'équipe de scientifiques était de développer un tel outil.
Le travail sur le projet a commencé en 2015 et son idée était d'utiliser des bactéries sensorielles. Dans ce cas, nous parlons d'un E. coli génétiquement modifié (
Escherichia coli ), qui, après modification, devrait déterminer le thiosulfate et ses composés soufrés associés. Il existe un lien entre le métabolisme du soufre dans les intestins et l'inflammation, et les scientifiques savaient que pour diagnostiquer l'inflammation du côlon, ils devaient être mesurés.
Les chercheurs ont réussi à bien comprendre les méthodes de programmation d'Escherichia coli. La bactérie a commencé à produire une protéine verte fluorescente en réponse à des stimuli spécifiques. Jusqu'à présent, aucun autre organisme n'a connu de gènes qui seraient utilisés pour déterminer le thiosulfate. Une petite quantité n'existe que pour d'autres composés.
En 2015, le co-auteur de l'étude, Ravi Shet, a utilisé un programme informatique pour identifier des capteurs potentiels de thiosulfate et d'autres composés dans le génome de
Shewanella - le type de bactéries qui vivent dans les sédiments marins. Une équipe de scientifiques suggère que Shewanella respire probablement ces molécules et utilise des capteurs pour activer les enzymes appropriées en leur présence.
Les biologistes ont passé un an à développer une bactérie E. coli modifiée pour répondre aux biomarqueurs potentiels, en changeant sa couleur en vert. Il a fallu une autre année pour prouver que le système fonctionne et détecte réellement l'inflammation du côlon chez la souris.
Les chercheurs ont été obligés d'avaler deux gouttes avec un milliard de bactéries avec des capteurs pour des souris saines et des souris atteintes de colite. Six heures plus tard, les scientifiques ont mesuré l'activité des bactéries dans chaque groupe. La protéine verte témoin a pu être détectée à l'aide d'un
cytomètre en flux .
L'équipe a constaté que le capteur de thiosulfate était activé chez les souris souffrant d'inflammation et non activé chez les souris saines. De plus, il a été constaté que plus l'inflammation était forte, plus les capteurs étaient actifs. On ne sait pas encore si des niveaux élevés de thiosulfate peuvent être un indicateur fiable de la colite chez l'homme, mais les bactéries sensorielles peuvent être modifiées pour répondre à d'autres composés ou molécules.
À l'avenir, les chercheurs prévoient de développer un test d'inflammation à domicile, qui en cas de maladie changera la couleur des selles. Un tel test aidera à réduire les visites chez le médecin et les procédures de coloscopie inutiles et coûteuses. Pour atteindre cet objectif, l'équipe a commencé à travailler avec des gastro-entérologues du
Baylor College of Medicine .
Le travail scientifique a été publié dans la revue Molecular Systems Biology le 3 avril 2017.
DOI:
10.15252 / msb.20167416