L'électrochimie débusque les protéines résistantes aux antibiotiques

Quelles sont les protéines d’une bactérie qui sont la signature de la résistance aux antibiotiques ? Pour le savoir il faut ouvrir la membrane des bactéries et analyser les protéines qui s’y trouvent. Jusqu’ici, c’était mission impossible car l’analyse par spectrométrie de masse était limitée aux petites protéines. Pour la première fois, les chimistes de l’EPFL à Sion et de Fudan à Shanghai ont réussi à analyser un large spectre de protéines et à identifier les bactéries et leur résistance aux antibiotiques en un seul procédé. Ils ont utilisé l’énergie de la lumière UV couplée à des nanoparticules d’oxyde de titane. Leurs recherches ont été publiées dans Chemical Science, (Royal Society of Chemistry, Open access).

La résistance des bactéries aux antibiotiques est considérée par l’OMS comme la plus grande menace pesant sur la santé mondiale. Elle est le fruit d’un usage massif des antibiotiques par la médecine. Ces prescriptions systématiques ont accéléré le processus normal de défense des bactéries, éliminant les plus faibles et épargnant les plus coriaces. Au fil du temps, elles ont trouvé le moyen de se protéger par la mutation de leur matériel génétique, par la transmission de ce matériel à leur descendance ou par l’échange d’ADN avec d’autres bactéries.

Aujourd’hui, on tente de freiner ce processus en ciblant plus précisément les bactéries afin d’éviter de nouvelles souches multi-résistantes. L’identification bactérienne est donc essentielle. Dans les hôpitaux, la détection de la résistance aux antimicrobiens repose principalement sur des méthodes de culture en présence d’antibiotiques, ce qui nécessite plusieurs heures, voire plusieurs jours. Autre méthode utilisée, la spectrométrie de masse après avoir cultivé la souche dans une boîte de Petri, on la dépose sur une plaque en acier et on l’irradie à l’aide d’un laser. Un nuage de protéines va être produit et c’est grâce à l’analyse de ces protéines que l’on détermine l’identité de la bactérie, son phénotype. Mais jusqu’ici il était impossible de voir les protéines les plus larges. Et c’est sur ce point que les chercheurs ont développé un nouveau procédé.

Une plaque d’acier imprimé d’oxyde de titane

L’équipe du Laboratoire d’électrochimie physique et analytique (LEPA), et ses collègues de Shanghai ont utilisé des nanoparticules d’oxyde de titane imprimées sur des plaques en acier : « il s’agit d’une poudre blanche qui absorbe la lumière et qui, couplée au rayonnement ultraviolet, va produire une réaction électrochimique et démultiplier l’effet du laser en explosant littéralement la membrane de la bactérie», explique Hubert Girault, en charge du laboratoire de l’EPFL.

Grâce à ce procédé, les enveloppes des bactéries sont beaucoup mieux ouvertes qu’avec les techniques précédemment disponibles. Les bactéries libèrent de nombreuses molécules biologiques, telles que des protéines, de l’ADN et de l’ARN, des lipides, etc. «Nous étudions surtout les protéines, car certaines d’entre elles peuvent modifier ou dégrader les antibiotiques, précise Horst Pick, le biologiste qui a participé au développement de ce procédé. Mais nous avons aussi découvert qu’il était possible lors de la même manipulation d’analyser les différentes molécules libérées au cours de l’analyse par spectrométrie de masse, ce qui peut aider a identifier le type de bactéries grâce à leur empreinte spécifique».

À l’avenir, les chercheurs espèrent pouvoir travailler directement avec les bactéries sans avoir besoin de les mettre en culture.L’analyse ne durerait que 30 minutes, un gain de temps important lorsqu’il s’agit de combattre une infection, avec la certitude de viser juste. Des essais très prometteurs ont déjà été effectués.

Yingdi Zhu, Natalia Gasilova, Milica Jović, Liang Qiao, Baohong Liu, Lysiane Tissières Lovey, Horst Pick and Hubert H. Girault. Detection of antimicrobial resistance-associated proteins by titanium dioxide-facilitated intact bacteria mass spectrometry. http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/SC/C7SC04089