Phylogenetic Analysis of cpn60 UT region reveal oligonucleotide regions for the detection of prominent Enterobacteriaceae pathogens

Les bactéries sont partout, et bien que la plupart soient inoffensives, une famille spécifique connue sous le nom d'Enterobacteriaceae comprend plusieurs fauteurs de troubles notoires. Ce groupe contient des organismes comme E. coli, Salmonella et Shigella, qui peuvent provoquer des maladies graves lorsque les gens consomment de la nourriture ou de l'eau contaminées. Pendant des décennies, les scientifiques se sont appuyés sur la culture de ces bactéries en laboratoire pour les identifier, un processus lent qui prend souvent une semaine ou plus pour donner une réponse définitive. Entre-temps, les épidémies peuvent se propager et les patients attendent leur traitement. Pour accélérer les choses, les chercheurs se sont tournés vers des outils moléculaires qui recherchent les empreintes génétiques uniques de ces envahisseurs. Cependant, trouver un marqueur génétique suffisamment spécifique pour capturer tous les membres dangereux de cette famille, tout en étant assez différent pour ignorer les bactéries inoffensives, a été un défi persistant.

Une équipe de chercheurs du Defence Institute of Biodefence Technologies en Inde a abordé ce problème en se concentrant sur une partie spécifique du génome bactérien appelée le gène cpn60. Ce gène est présent dans presque toutes les bactéries et agit comme un assistant moléculaire, garantissant que les protéines se replient selon les formes correctes pour fonctionner correctement. À l'intérieur de ce gène se trouve une région connue sous le nom de « cible universelle », une séquence d'ADN qui varie suffisamment entre les différentes espèces bactériennes pour les distinguer, mais qui reste assez stable au sein d'une famille spécifique pour être reconnue comme un groupe. Les chercheurs ont émis l'hypothiese que cette région pourrait servir de cible fiable pour un test rapide distinguant les Enterobacteriaceae dangereux des autres bactéries.

Pour tester cette idée, l'équipe a d'abord rassemblé des données génétiques à partir de 236 séquences différentes de cette région spécifique de ce gène trouvée dans diverses pathogènes d'Enterobacteriaceae. Ils ont utilisé un logiciel informatique pour aligner ces séquences côte à côte, à la recherche de motifs. Cette analyse a révélé que les bactéries pouvaient être triées en 13 groupes distincts basés sur leur composition génétique. Alors que certains groupes étaient très similaires les uns aux autres, d'autres présentaient des différences significatives. De manière cruciale, les chercheurs ont découvert deux courtes séquences d'ADN au sein de ces séquences qui restaient remarquablement constantes à travers toute la famille, même alors que le reste du gène changeait. Ces segments stables agissaient comme une langue commune partagée par toutes les bactéries cibles, ce qui en faisait des points parfaits pour concevoir un outil de détection.

En utilisant ces régions conservées, les scientifiques ont conçu un ensemble d'amorces moléculaires. En termes simples, les amorces sont de courts morceaux de matériel génétique qui agissent comme des points de départ pour qu'une machine copie un segment spécifique d'ADN. Parce que les bactéries de cette famille ne sont pas toutes identiques, les chercheurs ont dû créer des amorces « dégénérées ». Cela signifie que les amorces ont été conçues avec un code flexible qui pouvait correspondre à plusieurs variations de la séquence d'ADN en même temps, garantissant que le test fonctionnerait pour E. coli, Salmonella, Klebsiella et d'autres membres de la famille, quel que soit leur souche spécifique. Ils ont ensuite construit un essai PCR en temps réel, une technique qui amplifie l'ADN et s'illumine avec un colorant fluorescent si la cible est présente, permettant une confirmation visuelle immédiate.

L'équipe a testé son nouvel essai en laboratoire en utilisant des cultures pures de bactéries. Lorsqu'ils ont introduit de l'ADN d'E. coli, le test a fonctionné rapidement, détectant les bactéries après seulement 13 cycles d'amplification et produisant un signal clair. Le test s'est avéré hautement sensible, capable de détecter aussi peu que 10 cellules bactériennes dans un millilitre de liquide. Plus important encore, le test était hautement spécifique. Lorsque les chercheurs ont soumis le même test à l'ADN de Staphylococcus aureus et de Listeria monocytogenes — deux bactéries dangereuses qui ne font pas partie de la famille des Enterobacteriaceae — la machine est restée silencieuse. Aucun signal n'a été produit, confirmant que les amorces ne s'étaient pas accidentellement fixées sur les mauvaises bactéries. Cette spécificité s'est avérée exacte pour toutes les différentes souches pathogènes d'Enterobacteriaceae qu'ils ont testées, y compris divers types de Salmonella et de Shigella.

Les chercheurs reconnaissent que bien que le test fonctionne parfaitement sur des cultures de laboratoire pures, il n'a pas encore été validé sur des échantillons réels complexes comme des échantillons alimentaires ou cliniques de patients. Ils notent également que l'étude a utilisé un nombre limité de souches bactériennes pour la validation. Cependant, les résultats démontrent que la région cible universelle cpn60 est un marqueur viable et prometteur pour identifier ce groupe dangereux de bactéries. En offrant une méthode plus rapide que la culture traditionnelle et plus spécifique que les anciens tests génétiques, cette approche pourrait éventuellement aider les laboratoires de diagnostic à identifier les menaces d'origine alimentaire et hydrique beaucoup plus tôt, limitant potentiellement la propagation des infections et sauvant des vies.