La lutte contre la résistance microbienne est bien souvent synonyme de recherche de nouvelles voies thérapeutiques. Or, la question est bien plus large, y compris en santé humaine où elle intègre aussi le diagnostic. Une partie de mes recherches consiste à développer des outils d’analyse - des biopuces - permettant la détection rapide et sensible de bactéries tout en déterminant la nature de leur souche. Nous sommes parvenus à une preuve de concept permettant d’identifier précisément en 3 heures et avec une grande sensibilité les souches de bactéries Escherichia coli (E. coli) impliquées dans les infections urinaires (contre deux jours en laboratoire d’analyse biomédicale). La biopuce oriente alors le médecin vers la prescription de l’antibiotique ciblant le plus possible le microorganisme en cause chez son patient, et ce dès le début de l’infection. Actuellement, nombre de praticiens utilisent des traitements d’attaque à large spectre puis affinent éventuellement leur prescription au retour d’analyses. Si ce protocole soulage et soigne rapidement les malades, il accentue potentiellement le phénomène d’antibiorésistance en touchant les bactéries étrangères à l’infection traitée.
La force de nos biopuces réside dans leur architecture, permettant de capturer spécifiquement l’agent pathogène en faible quantité et d’en déterminer la souche. Dans un premier temps, des anticorps reconnaissant spécifiquement des protéines (lectines) présentes à la surface d’E. coli sont solidement ancrés à la biopuce par une chimie que nous avons développée. Si ces bactéries sont contenues dans l’échantillon d’urine analysé, elles seront les seules à s’arrimer aux anticorps, de la même manière qu’une clef ne correspond qu’à une seule serrure. Dans un second temps, nous rendons visibles et identifiables les bactéries piégées grâce à la spectroscopie Raman exaltée de surface (SERS**). Cette technique d’analyse par diffusion de photons est intéressante car elle n’interagit pas avec les molécules d’eau de l’urine. Nous nous focalisons alors sur les molécules de surface d’E. coli (sucres, lipides, peptides…) - dont la séquence est propre à chaque souche - et visualisons la signature chimique de l’agent pathogène incriminé. Pour ce faire, nous accolons des nanobâtonnets d’or, par interaction électrostatique, aux bactéries immobilisées par les anticorps. Le signal obtenu en spectroscopie s’en trouve amplifié et révèle une infime quantité de bactéries, bien inférieure au seuil inflammatoire chez l’Homme.
En effet. Pour que nos biopuces soient efficaces, aucun autre microorganisme ni aucune autre molécule présente dans l’échantillon d’urine ne doit adhérer en dehors des zones concentrant les anticorps ; sous peine d’obtenir des signaux Raman parasites et d’empêcher le diagnostic. Nous avons développé pour cela une chimie répulsive, dite antifouling, agissant à la manière des produits recouvrant les coques de bateaux pour éviter leur colonisation par divers organismes (bactéries, mollusques, etc.). Composée de polyéthylène glycol (PEG), elle joue sur les effets stériques*** entre les surfaces traitées hydrophiles et les germes ou protéines de nature hydrophobe. À terme, nous projetons d’élaborer des surfaces antimicrobiennes biosourcées capables d’éloigner et de tuer les microorganismes. Il s’agira de veiller à leur innocuité pour l’environnement en nous affranchissant de molécules perfluorées, de métaux toxiques ou polluants, mais aussi en arrimant solidement les composés à leur support afin qu’ils ne soient pas relargués. Un autre défi est de les rendre reproductibles et fiables par des procédés industrialisables et écoresponsables (technologie plasma par exemple). Au bout de la démarche : des cathéters empêchant l’adhésion des bactéries attirées par les protéines du sang, des textiles antimicrobiens… et la prévention des infections nosocomiales en milieu hospitalier.
*PMC : une unité mixte de recherche CNRS, École Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France
** SERS : Surface Enhanced Raman Spectroscopy – Diffusion Raman exaltée de surface.
*** interactions entre molécules permises ou non par l’encombrement spatial de certains de leurs atomes ou groupes d’atomes
