Isolation and engineering of antimicrobial peptides targeting pathogenic Escherichia coli and Salmonella of poultry
Cette étude utilise l'affichage de phages et le séquençage de nouvelle génération pour isoler et modifier des peptides antimicrobiens qui ciblent efficacement les bactéries pathogènes *Escherichia coli* et *Salmonella* chez la volaille, démontrant que la combinaison de peptides sélectionnés avec la Cathelicidine-BF et l'évaluation en cultures mixtes peuvent accroître la puissance et la spécificité contre ces bactéries résistantes.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Dans le monde de l'élevage, les poulets sont élevés en quantités massives pour nourrir le monde, mais ils sont également vulnérables aux infections bactériennes qui peuvent se propager rapidement au sein d'un troupeau. Deux des coupables les plus problématiques sont Escherichia coli et Salmonella, des bactéries qui peuvent rendre les oiseaux malades et qui, dans certains cas, peuvent se transmettre à l'homme. Pendant des décennies, les éleveurs ont compté sur les antibiotiques pour contenir ces infections, mais les bactéries apprennent à se défendre. Elles développent des défenses qui rendent les médicaments standards inutiles, un problème connu sous le nom de résistance antimicrobienne. Cette résistance est une crise croissante, menaçant de nous laisser sans traitements efficaces contre les infections courantes. Les scientifiques recherchent désormais de nouvelles façons de tuer ces bactéries sans dépendre des antibiotiques traditionnels. Une voie prometteuse implique de minuscules fragments de protéines appelés peptides antimicrobiens. Ce sont des molécules naturelles présentes dans de nombreux êtres vivants, des plantes aux animaux, qui agissent comme une première ligne de défense en perçant des trous dans les parois cellulaires bactériennes. Bien que la nature offre de nombreux exemples, ceux-ci sont souvent instables ou difficiles à produire en grandes quantités, c'est pourquoi les chercheurs cherchent des moyens de concevoir de meilleures versions, plus efficaces, en partant de zéro.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Nottingham et d'ADAS s'est donné pour mission de trouver de nouveaux peptides antimicrobiens spécifiquement conçus pour cibler les bactéries qui tourmentent la volaille. Au lieu d'essayer de deviner quelles structures chimiques pourraient fonctionner, ils ont utilisé une méthode appelée l'exposition sur phage (phage display), qui agit comme une immense expédition de pêche automatisée. Ils ont créé une bibliothèque contenant des milliards de minuscules virus, chacun portant une chaîne unique et aléatoire de seize acides aminés — les briques élémentaires des protéines — à sa surface. Ils ont ensuite exposé cette bibliothèque aux bactéries cibles, E. coli et Salmonella, permettant aux virus de s'attacher aux surfaces bactériennes. En éliminant les virus qui ne se liaient pas et en ne conservant que ceux qui s'étaient accrochés, ils ont pu identifier quelles séquences spécifiques d'acides aminés étaient douées pour saisir les bactéries. Pour rendre ce processus encore plus précis, ils ont utilisé une technique de séquençage puissante pour lire le code génétique des virus ayant survécu au lavage, localisant ainsi les séquences exactes qui avaient été les plus performantes pour la liaison.
À partir de ce vaste réservoir de candidats, les chercheurs ont réduit leur champ d'action à cinquante-sept peptides qui montraient une forte préférence pour l'adhérence aux bactéries cibles. Ils ont ensuite testé ces cinquante-sept candidats pour voir s'ils pouvaient réellement tuer les bactéries, et non pas seulement s'y coller. Les résultats furent sélectifs mais significatifs : cinq des peptides ont démontré la capacité d'inhiber ou de tuer les bactéries à de faibles concentrations. Un peptide, nommé GWG, s'est distingué car il était efficace contre toutes les bactéries à Gram négatif testées, tandis que d'autres ne montraient une activité que dans des conditions spécifiques. Les chercheurs ont également comparé ces nouvelles découvertes à un peptide connu et bien étudié, la Cathelicidine-BF, qui se trouve naturellement chez les oiseaux et possède des propriétés antibactériennes larges. Ils ont constaté que, bien que leurs nouveaux peptides soient efficaces, la Cathelicidine-BF naturelle était encore plus puissante, tuant les bactéries à des concentrations beaucoup plus faibles.
L'étude a pris un tournant intéressant lorsque les chercheurs ont observé comment ces peptides se comportaient dans des environnements mixtes. Dans le monde réel, les bactéries existent rarement de manière isolée ; elles vivent en communautés avec d'autres espèces. Lorsque les chercheurs ont testé les peptides dans des cultures contenant à la fois E. coli et Salmonella ensemble, le comportement des peptides a changé. Le peptide naturel Cathelicidine-BF, qui tuait les deux types de bactéries de manière égale lorsqu'il était testé seul, est soudainement devenu beaucoup plus sélectif dans la culture mixte, préférant tuer E. coli tout en laissant Salmonella largement intacte. Ce changement suggère que la présence d'une espèce bactérienne peut modifier la façon dont une autre espèce réagit à un traitement, un facteur souvent omis lorsque les scientifiques testent les bactéries une par une.
Pour rendre ces peptides encore plus efficaces, l'équipe a tenté une stratégie appelée dimérisation, qui consiste à lier deux molécules de peptides ensemble pour former une paire. Ils ont créé des paires des nouveaux peptides, ainsi que des paires combinant un nouveau peptide avec la Cathelicidine-BF naturelle. Les résultats ont montré que le fait de joindre les molécules changeait leurs propriétés de manière surprenante. Dans certains cas, le lien entre elles les rendait moins efficaces pour arrêter la croissance bactérienne, mais dans d'autres cas, cela les rendait bien meilleures pour tuer les bactéries. Par exemple, une paire formée en liant le nouveau peptide GWG à la Cathelicidine-BF conservait la capacité de tuer sélectivement E. coli dans les cultures mixtes, un trait qui n'était pas aussi prononcé avec les molécules individuelles. Cela suggère qu'en connectant simplement deux peptides différents, les scientifiques peuvent affiner leur comportement, créant potentiellement des outils plus précis ou plus puissants que l'une ou l'autre des pièces prise isolément.
Les chercheurs ont également examiné la sécurité de ces nouveaux peptides en testant s'ils endommageaient les globules rouges, une préoccupation courante avec les traitements antibactériens. La plupart des nouveaux peptides ne montraient que très peu de dommages aux cellules sanguines, même à des concentrations élevées. Cependant, un des nouveaux peptides, GWG, a montré une certaine capacité à endommager les cellules sanguines, bien que le fait de le lier en une paire ait réduit cet effet nocif. Cette découverte souligne un équilibre crucial dans le développement de médicaments : la nécessité de tuer les bactéries sans blesser l'hôte. L'étude a conclu que la combinaison de la méthode de pêche par exposition sur phage avec des outils informatiques pour prédire les séquences susceptibles de fonctionner pourrait accélérer la découverte de nouveaux traitements. En testant les peptides dans des cultures bactériennes mixtes et en expérimentant leur liaison, l'équipe a démontré une approche flexible pour créer de nouvelles armes contre les bactéries résistantes, offrant une voie potentielle pour protéger la volaille et, par extension, la santé humaine.
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