Des levures utilisées dans la production alimentaire pourraient conduire à de nouveaux probiotiques, selon une étude française

«Des levures utilisées dans la production alimentaire pourraient conduire à de nouveaux probiotiques», source ASM News du 26 octobre 2023.

C’est une équipe française qui a les honneurs d’ASM News …

De nombreuses souches de levures ont été utilisées et sélectionnées par l'industrie alimentaire pour leur capacité à fermenter, à produire des arômes ou à produire des molécules hétérologues. Selon une nouvelle étude, deux levures utilisées pour produire des produits alimentaires auraient des effets probiotiques potentiels sur l’inflammation intestinale. L'étude, publiée dans mSystems, une revue de l'American Society for Microbiology, démontre une méthode possible pour développer de nouveaux probiotiques.

«Il y a beaucoup à apprendre en étudiant le rôle des souches de levures dans le microbiote et la santé de l'hôte, et également sur le fait que les espèces simplement utilisées dans les procédés alimentaires peuvent être la source de nouveaux probiotiques», a dit l'auteur principal de l'étude Mathias L. Richard, directeur de recherche à INRAE à l'Institut Micalis de Jouy-en-Josas, France.

À ce jour, on sait très peu de choses sur la diversité des levures d’origine alimentaire et leurs effets potentiels sur le microbiote intestinal et la santé intestinale. Les levures sont des champignons microscopiques constitués de cellules solitaires qui se reproduisent par bourgeonnement. Certaines sont utilisées depuis des centaines d'années, comme Saccharomyces cerevisiae pour la production de vin et de pain, et bien d'autres pour la production de croûtes de fromage ou l'affinage, comme Debaryomyces hansenii.

Les chercheurs ont mené cette nouvelle étude car ils travaillent à approfondir les connaissances sur l’effet potentiel du microbiote fongique sur la santé humaine. Dans cette étude particulière, l’idée était de cibler spécifiquement les levures utilisées par les entreprises agroalimentaires pour fabriquer des produits alimentaires (fromages, charcuterie). «Comme notre intérêt se porte davantage sur le rôle des levures dans la santé intestinale et sur le développement de maladies inflammatoires de l'intestin (maladie de Crohn et colite ulcéreuse), nous avons surveillé l'effet de ces levures sur des modèles in vitro et in vivo adaptés», a dit Richard.

Les chercheurs ont d’abord sélectionné des levures intensivement utilisées dans la production alimentaire et représentant un large éventail d’espèces de levures différentes, puis les ont testées soit dans des tests d’interaction simples avec des cellules humaines en culture, soit dans un modèle animal spécifique imitant la colite ulcéreuse.

Ils ont découvert que dans la collection de souches utilisées pour la production alimentaire, certaines souches peuvent avoir un effet bénéfique sur l’intestin et l’hôte dans un contexte inflammatoire. Ils ont identifié deux souches de levures, Cyberlindnera jadinii et Kluyveromyces lactis, qui avaient des effets bénéfiques potentiels sur les paramètres inflammatoires dans un modèle murin de colite ulcéreuse. Plusieurs expériences supplémentaires ont été réalisées pour tenter de déchiffrer le mécanisme à l’origine de ces effets. Dans le cas de C. jadinii, la protection semblait provenir de la modification du microbiote bactérien après l’administration de C. jadinii aux souris, ce qui a modifié la sensibilité à l’inflammation intestinale par un mécanisme encore inconnu.

«Ces deux souches n'ont jamais été spécifiquement décrites avec un effet aussi bénéfique, donc même si elles nécessitent d'être étudiées plus en profondeur, et notamment pour voir comment elles sont efficaces chez l'homme, c'est une découverte prometteuse», a dit Richard.

Les souches de C. jadinii et de K. lactis ont le potentiel en tant que souches de levure probiotiques de lutter contre l'inflammation de l'intestin, mais des études plus approfondies sont nécessaires pour comprendre les mécanismes par lesquels ces souches agissent sur la santé intestinale.

L'OMS identifie des pathogènes fongiques potentiellement mortels

«L'OMS identifie des pathogènes fongiques potentiellement mortels», source article de Chris Dal dans CIDRAP News du 25 octobre 2022.

L'Organisation mondiale de la santé (OMS) a publié le 25 octobre sa toute première liste de «pathogènes prioritaires» fongiques, identifiant 19 champignons qui sont apparus comme des menaces importantes pour la santé publique en raison de leur capacité à provoquer des infections invasives graves et de leur résistance croissante aux antifongiques.

Bien que les données sur la prévalence des infections fongiques invasives et les schémas de résistance aux antifongiques soient rares et que l'on en sache peu sur certains de ces pathogènes, les responsables de l'OMS affirment que de nouvelles preuves suggèrent que l'incidence et l'étendue géographique des maladies fongiques augmentent en raison du changement climatique et de l'augmentation des voyages mondiaux. La pandémie de la COVID-19 a également mis en lumière le problème, l'incidence signalée d'infections fongiques invasives augmentant chez les patients hospitalisés atteints de COVID.

En outre, la population la plus exposée aux infections invasives causées par ces pathogènes, notamment les patients cancéreux, les personnes vivant avec le VIH/sida, les receveurs d'organes et d'autres patients immunodéprimés, est en augmentation.

Les responsables de l'OMS craignent que le nombre limité de médicaments antifongiques, le manque de diagnostics rapides et sensibles et les ressources financières limitées consacrées aux infections fongiques n'entravent la capacité de détecter et de répondre au problème croissant. Ils espèrent que la liste des pathogènes fongiques prioritaires pourrait avoir un impact similaire à celui du document sur lequel elle a été modélisée - la liste 2017 de l'OMS des pathogènes bactériens prioritaires.

En fait, il s’agit de la liste de bactéries contre lesquelles il est urgent d’avoir de nouveaux antibiotiques.-aa.

Nous voulons que ce rapport catalyse la recherche et le développement sur de nouveaux antifongiques et de nouveaux diagnostics sur les maladies fongiques», a dit Haileyesus Getahun, directeur de la coordination mondiale de la résistance aux antimicrobiens (RAM) à l'OMS, lors d'un point de presse.

Il a ajouté que l'identification de ces 19 pathogènes fongiques parmi des milliers de champignons aidera à orienter les efforts de recherche et à orienter les investissements publics et privés indispensables dans les traitements et les diagnostics.

Actuellement, les infections fongiques reçoivent moins de 1,5% de tous les financements de recherche sur les maladies infectieuses.

Focus sur les infections fongiques invasives

Comme le rapport de 2017 sur les pathogènes bactériens prioritaires, le document est divisé en trois catégories en fonction de l'impact sur la santé publique et/ou du risque émergent de résistance aux antifongiques : priorité critique, élevée et moyenne, avec une note indiquant que certains des pathogènes pourraient être plus préoccupants. dans les régions où elles sont endémiques. Pour chaque catégorie, la résistance aux antifongiques était le critère le plus important, suivi de l'incidence annuelle, de la morbidité et de la mortalité.

Parmi les champignons du groupe prioritaire critique se trouve Candida auris, la levure multirésistante qui a été découverte pour la première fois au Japon en 2009 et qui s'est depuis propagée dans le monde entier. Les infections invasives causées par C. auris, qui se propage facilement dans les établissements de santé et, dans certains cas, résiste à toutes les classes de médicaments antifongiques, sont mortelles chez 53% des patients.

Une autre espèce de Candida qui a reçu une priorité critique est Candida albicans, qui est commune dans la bouche, la gorge, l'intestin, le vagin et la peau, mais peut provoquer une maladie grave lorsqu'elle envahit d'autres tissus.

Figurent également dans le groupe prioritaire critique Crytptococcus neoformans, une levure pathogène qui vit dans l'environnement et peut provoquer de graves infections après avoir été inhalée, et Aspergillus fumigatus, une moisissure environnementale qui peut provoquer de graves infections pulmonaires et constitue une menace particulière pour la fibrose kystique, la grippe , et les patients atteints de la COVID-19.

Parmi les champignons répertoriés comme hautement prioritaires figurent trois autres espèces de Candida (Candida glabrata, Candida tropicalis et Candida parapsilosis), Histoplasma spp. et Mucorales (un grand groupe de champignons composé de différents genres). Le groupe de priorité moyenne comprend Scedosporium spp., Candida krusei et Coccidioides spp., qui causent la fièvre de la vallée.

La plus grande préoccupation avec ces pathogènes est lorsqu'ils pénètrent dans la circulation sanguine, en particulier chez les patients gravement malades et immunodéprimés. Carmem Pessoa-Silva, chef d'équipe de l’AMR à l'OMS, a souligné la présence d'espèces de Candida dans les trois groupes, notant la capacité du champignon à provoquer des infections mortelles du sang.

«La mortalité attribuable aux infections du sang à Candida est très élevée», a-t-elle dit. «Les chiffres varient selon les études, mais c'est presque toujours au-dessus de 30%.»

En raison de la mortalité estimée élevée et du besoin de plus de données, Pessoa-Silva a dit que l'OMS avait commencé à surveiller l'incidence des infections à Candida dans le sang dans 23 pays. Elle a également dit que le système mondial de surveillance de la résistance et de l'utilisation des antimicrobiens (GLASS pour Global Antimicrobial Resistance and Use Surveillance System) de l'OMS collectera bientôt des données sur la résistance des isolats d'infections sanguines à Candida, qui sont devenues de plus en plus résistantes aux quatre classes de médicaments antifongiques (azolés, échinocandines, polyènes et pyrimidines) actuellement utilisé en pratique clinique.

«Pour la plupart des pathogènes critiques et hautement prioritaires, les options de traitement sont limitées et très toxiques», a-t-elle dit.

Pessoa-Silva a dit qu'en plus d'une surveillance accrue et du développement antifongique, une plus grande capacité de laboratoire et de meilleurs outils de diagnostic sont aussi désespérément nécessaire. Elle a noté que parce que les infections fongiques invasives ont souvent des symptômes similaires aux infections bactériennes, les patients sont souvent mal diagnostiqués et sont traités avec des antibiotiques au lieu d'antifongiques.

Un problème One Health

Les responsables de l'OMS ont également souligné le fait que l'émergence de pathogènes fongiques résistants en tant que menace mondiale pour la santé publique est un problème d’une seule santé, motivé en partie par l'utilisation inappropriée d'antifongiques dans l'agriculture. Par exemple, le rapport note que l'utilisation généralisée des azolés comme fongicides pour protéger les plantes contre les infections fongiques a contribué à l'augmentation des taux d'infections d’A fumigatus résistantes aux azolés chez l'homme. Les azolés sont le traitement de première intention de l'aspergillose invasive.

Gethun a dit que les organisations quadripartites (l'OMS, la FAO, l'Organisation mondiale de la santé animale et le Programme des Nations Unies pour l'environnement) ont commencé à prendre des mesures pour identifier les antifongiques essentiels à la santé humaine et élaborer des stratégies pour garantir qu'ils ne sont pas utilisés de manière inappropriée dans l'agriculture.

Les responsables de l'OMS ont dit que bien qu'il existe d'importantes lacunes dans les connaissances sur le fardeau mondial des pathogènes fongiques invasifs, il est important de «sonner l'alarme» maintenant et de commencer à stimuler les investissements de recherche ciblés et les interventions de santé publique. Hatim Sati, responsable technique de la division RAM de l'OMS, a dit que si une chose a été apprise de la pandémie de COVID-19, c'est que si vous pouvez faire quelque chose dès le début pour informer la réponse de santé publique, cela devrait être fait.

«Nous n'avons pas besoin d'attendre que les choses soient catastrophiques pour agir», a-t-il dit.

Des microbiologistes améliorent le goût de la bière

«Des microbiologistes améliorent le goût de la bière», source ASM News du4 octobre 2022.

Des chercheurs belges ont amélioré la saveur de la bière contemporaine en identifiant et en concevant un gène responsable d'une grande partie de la saveur de la bière et de certaines autres boissons alcoolisées. L’étude est publiée dans Applied and Environmental Microbiology, une revue de l'American Society for Microbiology.

Pendant des siècles, la bière a été brassée dans des cuves ouvertes et horizontales. Mais dans les années 1970, l'industrie est passée à l'utilisation de grands récipients fermés, beaucoup plus faciles à remplir, vider et nettoyer, permettant de brasser de plus grands volumes et de réduire les coûts. Cependant, ces méthodes modernes produisaient une bière de qualité inférieure, en raison d'une production de saveur insuffisante.

Pendant la fermentation, la levure convertit 50% du sucre de la purée (mash) en éthanol et les 50% restants en dioxyde de carbone. Le problème : le dioxyde de carbone pressurise ces récipients fermés, atténuant la saveur.

Johan Thevelein, professeur émérite de biologie cellulaire moléculaire à la Katholieke Universiteit, et son équipe ont été les pionniers de la technologie d'identification des gènes responsables de traits commercialement importants chez la levure. Ils ont appliqué cette technologie pour identifier le(s) gène(s) responsable(s) de la saveur de la bière, en criblant un grand nombre de souches de levures pour évaluer celles qui réussissaient le mieux à préserver la saveur sous pression. Ils se sont concentrés sur un gène pour une saveur de banane «parce que c'est l'une des saveurs les plus importantes présentes dans la bière, ainsi que dans d'autres boissons alcoolisées», a dit Thevelein, qui est également fondateur de NovelYeast, qui collabore avec d'autres entreprises en biotechnologie industrielle.

«À notre grande surprise, nous avons identifié une seule mutation dans le gène MDS3, qui code pour un régulateur apparemment impliqué dans la production d'acétate d'isoamyle, la source de la saveur de banane qui était responsable de la majeure partie de la tolérance à la pression dans cette souche de levure spécifique», a dit Thevelein.

Thevelein et ses collègues ont ensuite utilisé CRISPR/Cas9, une technologie révolutionnaire d'édition des gènes, pour concevoir cette mutation dans d'autres souches de brassage, ce qui a également amélioré leur tolérance à la pression du dioxyde de carbone, permettant une saveur complète. «Cela a démontré la pertinence scientifique de nos découvertes et leur potentiel commercial», a dit Thevelein.

«La mutation est le premier aperçu de la compréhension du mécanisme par lequel une pression élevée de dioxyde de carbone peut compromettre la production d'arômes de bière», a dit Thevelein, qui a noté que la protéine MDS3 est probablement un composant d'une voie de régulation importante qui peut jouer un rôle dans l’inhibition du dioxyde de carbone dans la production de saveur de banane, ajoutant, «comment cela se fait n’est pas clair.»

La technologie a également réussi à identifier des éléments génétiques importants pour la production d'arôme de rose par des levures dans les boissons alcoolisées, ainsi que d'autres caractéristiques commercialement importantes, telles que la production de glycérol et la thermotolérance.

Une nouvelle nanotechnologie qui détruit les bactéries et les cellules fongiques

Une cellule fongique (verte) interactive avec une couche d'une épaisseur nano de phosphore noir (rouge). Image agrandie 25 000 fois.

«Un tueur de supermicrobes une nouvelle nanotechnologie qui détruit les bactéries et les cellules fongiques», source RMIT University.

Le revêtement antimicrobien d'une épaisseur nanométrique pourrait prévenir et traiter des infections potentiellement mortelles.

Des chercheurs ont mis au point un nouveau revêtement destructeur de bactéries qui pourrait être utilisé sur les pansements et les implants pour prévenir et traiter les infections bactériennes et fongiques potentiellement mortelles.

Le matériau est l'un des revêtements antimicrobiens les plus minces développés à ce jour et est efficace contre un large éventail de bactéries et de cellules fongiques résistantes aux médicaments, tout en laissant les cellules humaines indemnes.

La résistance aux antibiotiques est une menace majeure pour la santé mondiale, causant au moins 700 000 décès par an. Sans le développement de nouvelles thérapies antibactériennes, le nombre de morts pourrait s'élever à 10 millions de personnes par an d'ici 2050, ce qui équivaut à 100 milliards de dollars en soins de santé.

Bien que la charge sanitaire des infections fongiques soit moins reconnue, elles tuent environ 1,5 million de personnes chaque année dans le monde et le nombre de décès augmente. Une menace émergente pour les patients hospitalisés COVID-19, par exemple, est une champignon courante, Aspergillus, qui peut provoquer des infections secondaires mortelles.

Le nouveau revêtement d'une équipe dirigée par l'Université RMIT de Melbourne, en Australie, est basé sur un matériau 2D ultra-fin qui, jusqu'à présent, était principalement intéressant pour l'électronique de nouvelle génération.

Des études sur le phosphore noir (PN) ont indiqué qu'il possède certaines propriétés antibactériennes et antifongiques, mais le matériau n'a jamais été examiné méthodiquement pour une utilisation clinique potentielle.

La nouvelle étude, publiée dans la revue Applied Materials & Interfaces de l'American Chemical Society, révèle que le PN est efficace pour tuer les microbes lorsqu'il est répandue en couches nanométriques sur des surfaces comme le titane et le coton, utilisées pour fabriquer des implants et des pansements.

Le co-chercheur principal, le Dr Aaron Elbourne, a dit que la découverte d'un matériau capable de prévenir les infections bactériennes et fongiques était une avancée significative.

«Ces agents pathogènes sont responsables d'énormes fardeaux pour la santé et à mesure que la résistance aux médicaments continue de croître, notre capacité à traiter ces infections devient de plus en plus difficile», a dit Elbourne, boursier postdoc à la School of Science du RMIT.

SARM avant et après exposition au nanorevêtement.

«Nous avons besoin de nouvelles armes intelligentes pour la guerre contre les superbactéries, qui ne contribuent pas au problème de la résistance aux antimicrobiens.»

«Notre revêtement d'une épaisseur nanométrique est un double tueur de microbes qui agit en éclatant les bactéries et les cellules fongiques, ce à quoi les microbes auront du mal à s'adapter. Il faudrait des millions d'années pour développer naturellement de nouvelles défenses contre une attaque physique aussi mortelle.»

«Bien que nous ayons besoin de recherches supplémentaires pour être en mesure d'appliquer cette technologie dans des contextes cliniques, il s'agit d'une nouvelle direction passionnante dans la recherche de moyens plus efficaces pour relever ce grave défi de santé.

Le co-chercheur principal, le professeur Sumeet Walia, de la School of Engineering du RMIT, a précédemment mené des études révolutionnaires sur l'utilisation du PN pour la technologie de l'intelligence artificielle et l'électronique imitant le cerveau.

«Le PN s'arrête de fonctionner en présence d'oxygène, qui est normalement un énorme problème pour l'électronique et quelque chose que nous avons dû surmonter avec une ingénierie de précision minutieuse pour développer nos technologies», a dit Walia.

«Mais il s'avère que les matériaux qui se dégradent facilement avec l'oxygène peuvent être idéaux pour tuer les microbes - c'est exactement ce que recherchaient les scientifiques travaillant sur les technologies antimicrobiennes.»

«Notre problème était donc leur solution.»

Comment fonctionne la nanocouche tueuse de microbes ?

Lorsque le PN se décompose, il oxyde la surface des bactéries et des cellules fongiques. Ce processus, connu sous le nom d'oxydation cellulaire, finit par les éclater.

Dans la nouvelle étude, le premier auteur et chercheur en doctorat Zo Shaw a testé l'efficacité de couches nanométriques de PN contre cinq souches de bactéries courantes, dont E. coli et le SARM résistant aux antibiotiques, ainsi que cinq types de champignons, dont Candida auris.

En seulement deux heures, jusqu'à 99% des cellules bactériennes et fongiques ont été détruites.

Surtout, le PN a également commencé à se dégrader pendant ce temps et a été entièrement désintégré en 24 heures - une caractéristique importante qui montre que le matériau ne s'accumulerait pas dans le corps.

L'étude de laboratoire a identifié les niveaux optimaux de PN qui ont un effet antimicrobien mortel tout en laissant les cellules humaines saines et entières.

Les chercheurs ont désormais commencé à expérimenter différentes formulations pour tester l'efficacité sur une gamme de surfaces médicalement pertinentes.

L'équipe souhaite collaborer avec des partenaires potentiels de l'industrie pour développer davantage la technologie, pour laquelle une demande de brevet provisoire a été déposée.

Des spores microbiennes à codes barres peuvent retracer l'origine d'objets et des produits agricoles

« Des spores microbiennes à codes barres peuvent retracer l'origine d'objets et des produits agricoles », source communiqué de Harvard Medical School.

Chaque année, environ 48 millions d'Américains tombent malades à cause de maladies d'origine alimentaire, entraînant quelque 128 000 hospitalisations et 3 000 décès, selon les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis.

Ce problème de santé publique est aggravé par des milliards de dommages économiques liés aux rappels de produits, ce qui met en évidence la nécessité de déterminer rapidement et avec précision les sources de maladies d'origine alimentaire.

Avec la complexité croissante des chaînes d'approvisionnement mondiales pour la myriade d'aliments disponibles pour les consommateurs, cependant, la tâche de tracer l'origine exacte des articles contaminés peut être difficile.

Dans une nouvelle solution qui peut aider à déterminer l'origine des produits agricoles et d'autres biens, des scientifiques de la Harvard Medical School (HMS) ont développé un système microbien à code-barres qui peut être utilisé pour étiqueter des objets de manière peu coûteuse, évolutive et fiable.

Présentée dans Science le 4 juin, l'équipe de recherche décrit comment des spores microbiennes synthétiques peuvent être introduites en toute sécurité sur des objets et des surfaces à un point d'origine, comme un champ ou une usine de fabrication, et être détectées et identifiées des mois plus tard.

Les spores sont dérivées de la levure de boulangerie et d'une souche bactérienne commune utilisée dans une grande variété d'applications, telles que des compléments alimentaires probiotiques, et conçues pour être incapables de croître dans la nature pour éviter les effets écologiques négatifs.

«Les spores sont à bien des égards une solution à l'ancienne et ont été pulvérisées en toute sécurité sur des produits agricoles comme inoculants du sol ou des pesticides biologiques pendant des décennies. Nous venons d'ajouter une petite séquence d'ADN que nous pouvons amplifier et détecter», a dit l'auteur correspondant de l'étude, Michael Springer, professeur de biologie des systèmes à l'Institut Blavatnik de la HMS.

«Nous avons également travaillé dur pour nous assurer que ce système est sûr, en utilisant des souches microbiennes courantes et en intégrant plusieurs niveaux de contrôle», a ajouté Springer. «Nous espérons que ceal pourra être utilisé pour aider à résoudre des problèmes qui ont d'énormes implications pour la santé publique et l'économie.»

Ces dernières années, les scientifiques ont beaucoup appris sur les interactions entre les microbes et leur environnement. Des études montrent que les communautés microbiennes dans les maisons, sur les téléphones portables, sur le corps humain et plus ont des compositions uniques, similaires aux empreintes digitales. Cependant, les tentatives d'utilisation d'empreintes digitales microbiennes pour identifier la provenance peuvent prendre du temps et ne sont pas facilement évolutives.

L'utilisation de séquences d'ADN synthétisées sur mesure comme codes barres s'est avérée en principe efficace pour l'étiquetage des aliments et d'autres articles. Pour être largement utiles, les codes barres d'ADN doivent être produits à bas prix en gros volumes, persister sur des objets dans des environnements très variables, et pouvoir être décodés de manière fiable et rapide - des obstacles qui n'ont jusqu'à présent pas été surmontés car l'ADN est fragile.

Emballage robuste

Dans leur étude, Springer et ses collègues ont cherché à déterminer si les codes barres d'ADN emballés dans des spores microbiennes, qui peuvent être pulvérisés sur les cultures et identifiés des mois plus tard, pourraient aider à résoudre ces problèmes.

De nombreux micro-organismes, notamment des bactéries, des levures et des algues, forment des spores en réponse à des conditions environnementales difficiles. De façon analogue aux graines, les spores permettent aux micro-organismes de rester dormants pendant des périodes extraordinairement longues et de survivre à des conditions extrêmes telles que des températures élevées, la sécheresse et le rayonnement UV.

L'équipe de recherche a créé des séquences d'ADN sur mesure qu'elles ont intégrées dans les génomes des spores de deux micro-organismes, Saccharomyces cerevisiae, également connue sous le nom de levure de boulanger, et Bacillus subtilis, une bactérie commune et répandue qui a de nombreuses utilisations commerciales, y compris comme probiotique alimentaire, inoculant du sol et fermentant certains aliments. Ces spores peuvent être cultivées à bon marché en laboratoire en grand nombre.

Les séquences d'ADN synthétique sont courtes et ne codent pour aucun produit protéique, et sont donc biologiquement inertes. Insérées dans le génome en tandem, les séquences sont conçues pour que des milliards de codes barres uniques puissent être créés.

L'équipe a également veillé à ce que les spores à code barres ADN ne puissent pas se multiplier, croître et se propager dans la nature. Ils l'ont fait en utilisant des souches microbiennes qui nécessitent une supplémentation nutritionnelle spécifique et en supprimant les gènes nécessaires à la germination et à la croissance des spores. Des expériences impliquant des centaines de millions à plus d'un billion de spores modifiées ont confirmé qu'elles étaient incapables de former des colonies.

Pour lire les codes-barres d'ADN, les chercheurs ont utilisé un outil CRISPR peu coûteux qui peut détecter la présence d'une cible génétique rapidement et avec une sensibilité élevée. La technologie, appelée SHERLOCK, a été développée au Broad Institute du MIT et Harvard, dans le cadre d'une collaboration dirigée par les membres de l'institut James Collins et Feng Zhang.

«Les spores peuvent survivre dans la nature pendant une très longue période et sont un excellent moyen pour nous d'incorporer des codes-barres d'ADN», a déclaré le co-premier auteur de l'étude, Jason Qian, un étudiant diplômé en biologie des systèmes au HMS. «L'identification des codes barres est simple, en utilisant une source de lumière bleue, un filtre en plastique orange et un appareil photo de téléphone portable. Nous n'envisageons aucun défi pour la déployabilité sur le terrain.»

Le monde réel

L'équipe a examiné l'efficacité de leur système de spores microbiennes à code s barres à travers une variété d'expériences.

Ils ont fait pousser des plantes en laboratoire et ont pulvérisé sur chaque plante différentes spores à code barres. Une semaine après l'inoculation, une feuille et un échantillon de sol de chaque pot ont été récoltés. Les spores ont été facilement détectées, et même lorsque les feuilles ont été mélangées, l'équipe a pu identifier de quel pot provenait chaque feuille.

Lorsqu'elles ont été pulvérisées sur l'herbe à l'extérieur et exposées aux intempéries pendant plusieurs mois, les spores sont restées détectables, avec une propagation minimale en dehors de la région inoculée. Sur des environnements tels que le sable, le sol, les tapis et le bois, les spores ont survécu pendant des mois sans perte au fil du temps, et elles ont été identifiées après des perturbations telles que l'aspiration, le balayage et la simulation du vent et de la pluie.

Les spores sont très susceptibles de persister à travers les conditions d'une chaîne d'approvisionnement réelle, selon les chercheurs. À titre de preuve de principe, ils ont testé des dizaines d'articles de produits achetés en magasin pour la présence de spores de Bacillus thuringiensis (Bt), une espèce bactérienne largement utilisée comme pesticide. Ils ont correctement identifié toutes les plantes Bt positives et Bt négatives.

Dans d'autres expériences, l'équipe a construit un bac à sable de 100 mètres carrés et a constaté que la propagation des spores était minime après des mois de vent simulé, de pluie et de perturbations physiques.

Ils ont également confirmé que les spores peuvent être transférées sur des objets de l'environnement. Des spores ont été facilement identifiées sur les chaussures des personnes qui ont traversé le bac à sable, même après avoir marché pendant plusieurs heures sur des surfaces qui n'ont jamais été exposées aux spores. Cependant, les spores n'ont pas pu être détectées sur ces surfaces, ce qui suggère que les objets retiennent les spores sans propagation significative.

Cette caractéristique, a noté l'équipe, pourrait permettre aux spores d'être utilisées pour déterminer si un objet a traversé une zone inoculée. Ils l'ont testé en divisant le bac à sable en grilles, chacune étiquetée avec jusqu'à quatre spores à codes barres différentes. Des individus et une voiture télécommandée ont ensuite navigué dans le bac à sable.

Ils ont découvert qu'ils pouvaient identifier les grilles spécifiques que les objets traversaient avec un minimum de faux positifs ou négatifs, suggérant une application possible comme outil complémentaire pour la médecine légale ou l'application de la loi.

L'équipe a également examiné les implications potentielles pour la vie privée, notant que les technologies existantes telles que les colorants UV, le suivi des téléphones portables et la reconnaissance faciale sont déjà largement utilisées mais restent controversées.

«En tant que scientifiques, notre charge est de résoudre les défis scientifiques, mais en même temps, nous voulons nous assurer que nous reconnaissons les implications sociétales plus larges», a dit Springer. «Nous pensons que les spores à code barres sont les mieux adaptées aux applications agricoles et industrielles et seraient inefficaces pour la surveillance humaine.» Quoi qu'il en soit, l'utilisation et l'adoption de cette technologie devraient se faire en tenant compte des problèmes d'éthique et de confidentialité, ont déclaré les auteurs de l'étude.

Les chercheurs étudient actuellement les moyens d'améliorer le système, y compris la mise au point de mécanismes potentiellement destructeurs dans les spores, la recherche de moyens de limiter la propagation et l'examen de la possibilité d'utiliser les spores pour fournir des informations temporelles sur l'historique de localisation.

«Les épidémies d'agents pathogènes d'origine alimentaire tels que Listeria, Salmonella et E. coli se produisent naturellement et fréquemment», a dit Springer. «Des outils de biologie synthétique simples et sûrs et une connaissance de la biologie de base nous permettent de créer des choses qui ont beaucoup de potentiel pour résoudre des problèmes de sécurité réels.»

Complément. On lira l'article paru dans AAAS.org sur BarcodedMicrobes Could Track Sources of Food Contamination, dont j'ai extrait l'image en titre.