Une nouvelle façon de compter les microbes accélère la recherche, réduit les déchets et pourrait conduire à de nouveaux antibiotiques

Des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder ont développé une nouvelle façon de compter les micro-organismes qui fonctionne jusqu’à 36 fois plus rapidement que les méthodes conventionnelles, réduit l’utilisation de plastique de plus de 15 fois et diminue considérablement le coût et l’empreinte carbone de la recherche biomédicale.

La technique, décrite dans la revue Microbiologie naturellepourrait révolutionner la manière dont les expériences de microbiologie sont menées dans le monde, permettant aux cliniciens de diagnostiquer et de traiter les infections plus rapidement et aux chercheurs de tester de nouveaux antibiotiques potentiels en une fraction du temps.

Cette invention intervient alors que les inquiétudes concernant la résistance aux antibiotiques augmentent dans le monde entier, les microbes résistants aux médicaments ayant contribué à près de 5 millions de décès dans le monde en 2019.

“Nous sommes au milieu d’une pandémie silencieuse de résistance aux antimicrobiens et il existe un besoin urgent d’accélérer la découverte de nouveaux antibiotiques”, a déclaré l’auteur principal Anushree Chatterjee, professeur agrégé de génie chimique et biologique à CU Boulder. “Nous pensons que cette nouvelle méthode peut faire cela, et bien plus encore.”

Une nouvelle façon de remplir le pipeline

Depuis 1938, les microbiologistes utilisent une méthode simple, le test des unités formant colonies (UFC), pour compter les cellules bactériennes dans un échantillon. Ils commencent par diluer l’échantillon en huit à dix concentrations différentes, mettent les gouttes de chacune dans des boîtes de Pétri remplies de nourriture bactérienne, attendent des heures ou des jours que des colonies individuelles se forment et les comptent. S’ils testent une nouvelle molécule pour voir dans quelle mesure elle peut tuer les bactéries, ils l’ajoutent pour voir combien de bactéries survivent.

Le processus est notoirement laborieux et inutile, prenant souvent des heures pour évaluer un petit échantillon et produisant des monticules de plastique jeté.

Parce que cela prend beaucoup de temps et coûte très cher, les chercheurs doivent être exigeants quant aux nouveaux médicaments ou combinaisons potentiels qu’ils testent, ils sont donc découragés de prendre des risques, a déclaré Chatterjee.

Cette équation à coût élevé et à faible profit a conduit les sociétés pharmaceutiques à s’éloigner du développement de nouveaux antibiotiques.

“Nous sommes pratiquement à court d’antibiotiques”, a déclaré Chatterjee, soulignant que de nombreux agents pathogènes largement circulants, notamment Staphylococcus aureas (staphylocoque) et Neisseria gonorrhoeae (gonorrhée), sont désormais résistants à la plupart des médicaments conçus pour les traiter.

“Afin de disposer d’un pipeline durable de nouvelles options, nous devons changer fondamentalement la manière dont la découverte est effectuée”, a déclaré Chatterjee.

Les mathématiques au lieu du plastique

La nouvelle méthode, connue sous le nom de test de viabilité géométrique (GVA), remplace le processus ardu en plusieurs étapes de dilutions manuelles par un processus en une seule étape, informé par une géométrie et des mathématiques simples.

“Nous utilisons les mêmes types de mathématiques qui peuvent aider les étudiants à estimer le nombre de M&M dans un pot”, a déclaré le premier auteur Christian Meyer, chercheur postdoctoral aux départements de biologie moléculaire, cellulaire et du développement et de génie chimique et biologique. “Au lieu de compter tous les M&M’s individuellement, un élève intelligent pourrait compter la couche inférieure puis multiplier par la hauteur.”

De même, au lieu de diviser manuellement les échantillons en plusieurs sous-échantillons pour faciliter le comptage des colonies, GVA compte les colonies en un seul endroit, à l’intérieur d’une partie du cône d’une seule pointe de pipette, puis utilise la multiplication pour calculer la concentration totale.

Pour ce faire, les scientifiques intègrent les échantillons dans un gel à l’intérieur du cône, dans lequel se forment des colonies. Lorsqu’il est temps de compter, ils peuvent utiliser diverses techniques, notamment celles qui impliquent de prendre une photo ou d’utiliser une règle en papier, pour mesurer avec précision des échantillons contenant entre un et un milliard de microbes.

“Cela n’implique aucune mathématique qu’un étudiant en calcul du secondaire ne pourrait pas réaliser”, a déclaré Meyer. Mais cela pourrait avoir un impact important.

Plus rapide, moins cher, plus écologique

Lors de tests en laboratoire mesurant des bactéries courantes comme Escherichia coli (E. coli) et Salmonella enterica, les chercheurs ont découvert que, alors que la préparation de 96 échantillons prenait trois heures par les méthodes classiques, la GVA prenait 5 minutes, soit un gain de temps 36 fois supérieur. Même comparé à une méthode plus moderne impliquant la robotique, le GVA était toujours neuf fois plus rapide et utilisait un dixième de plastique.

Grâce à GVA, un seul chercheur pourrait mesurer avec précision la concentration microbienne de 1 200 échantillons en une seule journée, selon l’étude.

En fin de compte, Chatterjee pense que la méthode pourrait également permettre aux médecins de diagnostiquer une infection et de trouver plus rapidement le bon antibiotique pour cette infection.

“Au lieu que quelqu’un soit à l’hôpital pendant trois jours pendant qu’il découvre à quoi ce microbe particulier est sensible, nous pourrions potentiellement un jour savoir du jour au lendemain quel pourrait être le bon antibiotique”, a-t-elle déclaré, notant que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour avancer vers le stade clinique. Meyer a inventé la technique avec Joel Kralj, ancien professeur adjoint au BioFrontiers Institute. Les deux travaillent avec Venture Partners et ont déposé un brevet provisoire.

L’équipe de recherche a également créé un site Web et travaille actuellement au développement d’une version pour smartphone que les scientifiques et le grand public pourront utiliser.

“Quelqu’un de sage a dit un jour que la ponctuation correcte pour une avancée scientifique n’est pas un point d’exclamation, mais un point-virgule”, a déclaré Meyer. “Dans cet esprit, même si nous sommes ravis de participer à la réinvention d’une technique fondamentale de la microbiologie, nous sommes très enthousiasmés par ce qui va suivre.”