Construction and Characterization of an mCherry-Labeled Lactiplantibacillus plantarum L3 Strain for Intestinal Distribution Studies

Pour comprendre où va un probiotique après avoir été avalé, les scientifiques sont confrontés à un problème difficile : l'intestin humain est un environnement sombre, encombré et complexe. À l'intérieur, des milliards de bactéries naturelles vivent et travaillent, ce qui rend presque impossible de distinguer les bactéries bénéfiques qu'une personne prend sous forme de supplément de celles qui ont toujours vécu là. Pour résoudre cela, les chercheurs tentent souvent de marquer les bactéries qu'ils introduisent avec un marqueur visible, un peu comme si l'on collait un petit autocollant brillant sur un animal spécifique dans une forêt obscure pour suivre son chemin. Cela leur permet de voir exactement où voyagent les bactéries introduites et combien de temps elles y restent. Cependant, l'ajout d'un marqueur peut parfois modifier le comportement des bactéries, et il n'est pas toujours clair si les bactéries brillantes peuvent survivre au voyage difficile à travers l'estomac et les intestins sur une longue période.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Heilongjiang en Chine s'est donné pour mission de créer une version d'une bactérie probiotique commune, connue sous le nom de Lactiplantibacillus plantarum L3, capable de briller en rouge. Ils voulaient voir s'ils pouvaient faire porter à cette bactérie un gène produisant une protéine fluorescente rouge, une substance qui brille sous une lumière spécifique, sans nuire à la capacité de la bactérie à croître ou à survivre. Ils voulaient également observer où allait cette bactérie brillante à l'intérieur des intestins de souris après leur avoir été administrée pendant une courte période par rapport à une longue période. L'objectif était de construire un outil fiable pour regarder les bactéries se déplacer dans l'intestin, tout en vérifiant soigneusement si le marquage brillant modifiait les capacités naturelles de la bactérie.

Les scientifiques ont commencé par insérer un fragment spécifique de matériel génétique dans la bactérie. Ce matériel contenait les instructions pour fabriquer la protéine fluorescente rouge, ainsi qu'un interrupteur qui permettait aux chercheurs d'activer la lueur uniquement lorsqu'ils le souhaitaient. Ils ont réussi à créer une nouvelle version de la bactérie, qu'ils ont nommée mCherry-L3. Lorsqu'ils ont testé cette nouvelle souche, ils ont constaté qu'elle brillait d'un rouge vif et clair sous un microscope, exactement comme ils l'espéraient. La forme des bactéries est restée la même, ressemblant à de minuscules bâtonnets, et elles croissaient à la même vitesse que les bactéries originales, non modifiées. C'était une découverte cruciale, car cela signifiait que le marqueur brillant ne ralentissait pas les bactéries et ne modifiait pas leur structure de base. Les chercheurs ont également vérifié si les bactéries pouvaient survivre à un voyage simulé à travers le système digestif humain, passant par des conditions qui imitent la salive, l'acide gastrique, la bile et les fluides intestinaux. Les bactéries brillantes ont survécu à ces tests aussi bien que les originales, montrant que le marqueur ne les rendait pas plus fragiles.

Cependant, les chercheurs ont remarqué un changement dans le comportement des bactéries. Bien que les bactéries brillantes soient toujours capables de combattre plusieurs types de germes nocifs, elles sont devenues nettement moins efficaces pour arrêter un germe spécifique appelé Staphylococcus aureus. Cela suggérait que, bien que les bactéries restent saines et robustes, le processus de fabrication de leur lueur a altéré l'une de leurs défenses chimiques spécifiques. Malgré ce petit changement, les bactéries brillantes se sont révélées très stables. Les chercheurs les ont cultivées en laboratoire pendant 98 générations, ce qui revient à transmettre les bactéries à près de cent familles. Même après tout ce temps, les bactéries brillaient toujours en rouge et les instructions génétiques pour la lueur restaient intactes. Cela a confirmé que les bactéries pouvaient porter le marqueur brillant pendant longtemps sans le perdre.

Pour voir où ces bactéries allaient dans un corps vivant, l'équipe a nourri les souris avec les bactéries brillantes. Ils ont divisé les souris en deux groupes : un groupe a reçu les bactéries pendant quatre jours, et l'autre groupe les a reçues quotidiennement pendant huit semaines. Après l'arrêt de l'alimentation, les scientifiques ont examiné les intestins des souris. Chez les souris qui avaient été nourries pendant seulement quatre jours, la lueur rouge était la plus forte dans la première partie de l'intestin grêle, appelée duodénum, avec une certaine lumière également visible dans le gros intestin et une section appelée cæcum. Cela a montré que les bactéries avaient atteint l'intestin avec succès et étaient présentes dans différentes zones.

Chez les souris qui avaient été nourries pendant huit semaines, le tableau était différent. La lueur rouge n'était pas seulement présente en un ou deux endroits ; elle apparaissait beaucoup plus largement répartie dans tout le tractus intestinal. La lumière semblait plus uniforme et étalée à travers tout le système. Cette observation suggé pas que les bactéries étaient présentes en plus grand nombre à travers tout l'intestin. Cependant, les chercheurs ont pris soin d'expliquer ce que cela ne prouvait pas. Comme les souris étaient encore nourries avec les bactéries au moment de l'examen, la lumière rouge montrait où se trouvaient les bactéries à cet instant précis, mais cela ne prouvait pas qu'elles s'étaient installées de façon permanente ou qu'elles resteraient là si l'alimentation cessait. L'étude a montré que les bactéries pouvaient être suivies et qu'elles se répartissaient davantage avec une alimentation prolongée, mais elle n'a pas confirmé qu'elles avaient établi un habitat permanent.

Ce travail fournit une méthode claire et utile pour observer comment les bactéries probiotiques se déplacent à travers le système digestif. En créant une bactérie qui brille en rouge sans changer ses capacités de croissance ou de survie, les chercheurs ont offert aux scientifiques un nouveau moyen de visualiser l'environnement intestinal. L'étude a montré que, bien que les bactéries brillantes se comportaient presque exactement comme les originales, elles avaient perdu une petite partie de leur capacité à combattre un type de germe spécifique. Les résultats ont également souligné que l'emplacement et la répartition des bactéries dépendent de la durée de leur administration, une période de nutrition plus longue entraînant une distribution plus large. Bien que l'étude n'ait pas déterminé si ces bactéries pouvaient coloniser de façon permanente l'intestin ou si elles apporteraient des bénéfices de santé à long terme, elle a réussi à démontrer une manière fiable de les suivre, offrant ainsi une base pour de futures recherches sur la façon dont les bactéries interagissent avec le corps humain.