Molécule rougeoyante peut révéler des bactéries vivantes de la tuberculose

Résumé

Une nouvelle technique pourrait un jour permettre une détection simple et rapide de la bactérie responsable de la tuberculose, ainsi qu'un moyen de surveiller si les médicaments fonctionnent.

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Une nouvelle technique peut conduire à des moyens plus rapides et plus précis de détecter M. tuberculosis (microscopie électronique à balayage représentée), la bactérie responsable de la tuberculose. Crédit: NIAID CC BY 2.0

Une molécule fabriquée en laboratoire peut changer la façon dont la tuberculose est diagnostiquée sur le terrain.

La mise au point chimique d'une molécule de sucre connue sous le nom de tréhalose la laisse glisser à l'intérieur de la bactérie qui cause la tuberculose (TB) et luit . La méthode offre un moyen simple et rapide de détecter le bogue pernicieux, et pourrait aider à contrer la tuberculose, une infection pulmonaire mortelle qui est particulièrement fréquente dans les pays en développement.

Chercheur à l'Institut Médical Howard Hughes (HHMI) Carolyn Bertozzi et ses collègues rapportent le travail du 28 février 2018, dans la revue Science Translational Medicine .

Malgré ses ravages sur la santé, la bactérie responsable de la tuberculose, Mycobacterium tuberculosis peut être difficile à repérer. Les tests actuels reposent sur des taches chimiques qui existent depuis des décennies et peuvent être difficiles. Selon les estimations, la sensibilité de ces taches varie de 32% à 94%.

De meilleures méthodes de détection sont absolument nécessaires pour lutter contre la tuberculose, qui a tué plus de 1,7 million de personnes dans le monde en 2016, déclare Bertozzi, de l'université de Stanford. "Si vous ne pouvez même pas obtenir un diagnostic précis, comment traitez-vous les gens?"

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La molécule de laboratoire DMN-Tre permet aux chercheurs de détecter M. tuberculosisbacteria (vert) dans les échantillons d'expectoration des patients (huit montrés). Crédit: M. Kamariza et al./Science Translational Medicine 2018

En tant que chimiste, Bertozzi, avec ses collègues, étudie les molécules qui composent les parois cellulaires bactériennes. Les premières découvertes de son laboratoire ont révélé que certaines bactéries utilisent des molécules de sucre appelées tréhalose comme blocs de construction. Bertozzi a trouvé les parois cellulaires de M. tuberculose particulièrement convaincante. «Il y a là une biologie vraiment intéressante.» Elle a commencé à travailler avec une équipe de scientifiques qui tenaient des enjeux personnels dans la recherche sur la tuberculose. Après une rencontre fortuite lors d'une réunion au Campus de recherche Janelia de l'HHMI Bertozzi a décidé de collaborer avec le professeur Bavesh Kana, coauteur de l'Université de Witwatersrand à Johannesburg, en Afrique du Sud.

Les chercheurs ont réalisé que les molécules de tréhalose – ces blocs de construction de la paroi cellulaire – pourraient offrir un moyen de marquer le vivant M. tuberculose cellules. Mais d'abord, l'équipe devait trouver une balise chimique qui rendrait le drapeau visible. Un produit chimique, appelé DMN, semblait correspondre à la facture. DMN peut briller sous certaines longueurs d'onde de la lumière – mais seulement quand il est hors de l'eau. Parce que le M. La paroi cellulaire de la tuberculose contient une membrane qui est une "épaisse couche de graisse", dit Bertozzi, c'est l'endroit idéal pour que DMN s'illumine.

Cette idée – que DMN était "éteint" jusqu'à ce qu'une cellule l'enfonce dans sa membrane – était la clé, dit Bertozzi. "C'est une chose si simple, mais de simples choses comme ça font toute la différence entre quelque chose qui peut être déployé ou non."

Après avoir lié le tréhalose au DMN en laboratoire, les chercheurs ont testé leur molécule hybride, appelée DMN-Tre, sur un M. tuberculose relative. Tout comme ils l'avaient espéré, les bactéries ont saisi la molécule et, en quelques minutes, l'ont incorporée dans leurs membranes cellulaires, où elle a commencé à briller sous un microscope à fluorescence.

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Une nouvelle molécule de marquage appelée DMN-Tre détecte des cellules de M. tuberculosis vivantes qui n'ont pas été traitées avec des médicaments (vert, en haut à gauche), mais pas celles qui ont été touchées avec un cocktail de médicaments (en bas à gauche). Une coloration existante appelée Auramine marque à la fois les cellules non traitées (rouge, en haut à droite) et les cellules traitées (rouge, en bas à droite). La barre d'échelle représente 5 micromètres. Crédit: M. Kamariza et al./Science Translational Medicine 2018

Dans des tests sur des échantillons d'expectorations de 16 personnes atteintes de tuberculose, DMN-Tre a ramassé M. tuberculose dans tous les échantillons. La nouvelle technique a fonctionné de manière similaire à la méthode de marquage standard, mais plus complexe et longue, basée sur la coloration à l'auramine O, un colorant qui adhère aux acides dans les parois cellulaires bactériennes.

D'autres tests ont montré que DMN-Tre est sélectif à Actinobacteria, le phylum bactérien qui comprend M. tuberculose . Les chercheurs ont découvert que les cellules humaines et d'autres types de bactéries, qui sont abondantes dans les échantillons d'expectoration, n'incorporent pas la molécule.

Contrairement aux méthodes de détection de la TB existantes, DMN-Tre peut également distinguer les cellules métaboliquement actives de celles qui ne le sont pas. Parce que la molécule dépend des bactéries pour l'incorporer activement dans la membrane, seules les cellules saines sont marquées, alors que les cellules qui sont compromises par un traitement médicamenteux ne sont pas étiquetées aussi bien. Cette propriété peut permettre aux cliniciens de surveiller la façon dont les traitements fonctionnent chez les personnes, et peut-être même tester si certains mélanges de médicaments pourraient fonctionner contre des souches spécifiques de M. tuberculose .

Il reste encore du travail avant que la molécule ne soit prête à être utilisée sur le terrain, dit Bertozzi. Mais elle est optimiste que la nouvelle méthode pourrait s'avérer utile dans la lutte mondiale contre la tuberculose. Son équipe peut obtenir des images fluorescentes en une heure environ, mais les chercheurs auraient besoin de microscopes portables à fluorescence prêts à être utilisés pour détecter le virus. Pourtant, Bertozzi souligne que cela pourrait être possible un jour avec le travail de Manu Prakash, un collaborateur de Stanford, un universitaire HHMI-Gates qui a lancé un microscope en papier à base d'origami en 2014.

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M. Kamariza et al. " Détection rapide de Mycobacterium tuberculosis dans les expectorations avec une sonde de tréhalose solvatochromique ." Science Translational Medicine . Publié en ligne le 28 février 2018. doi: 10.1126 / scitranslmed.aam6310

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