Le génie réutilise le venin de guêpe comme antibiotique

Les ingénieurs du MIT ont développé de nouveaux peptides antimicrobiens basés sur un peptide naturel produit par une guêpe sud-américaine. Crédit: Wikimedia, Charles J. Sharp

Le venin des insectes tels que les guêpes et les abeilles est plein de composés capables de tuer les bactéries. Malheureusement, beaucoup de ces composés sont également toxiques pour les humains, ce qui rend impossible leur utilisation comme antibiotiques.


Après avoir étudié de manière systématique les propriétés antimicrobiennes d'une toxine normalement présente dans une guêpe sud-américaine, les chercheurs du MIT ont créé des variantes du peptide efficaces contre les bactéries mais non toxiques pour les cellules humaines.

Dans une étude sur des souris, les chercheurs ont découvert que leur peptide le plus puissant pourrait éliminer complètement Pseudomonas aeruginosa, une souche de bactérie qui cause des infections respiratoires et autres et qui résiste à la plupart des antibiotiques.

"Nous avons transformé une molécule toxique en une molécule viable pour traiter les infections", déclare Cesar de la Fuente-Nunez, postdoc du MIT. "En analysant systématiquement la structure et la fonction de ces peptides, nous avons pu ajuster leurs propriétés et leur activité."

De la Fuente-Nunez est l’un des auteurs principaux de cet article, publié dans le numéro du 7 décembre de la revue Nature Biologie de la communication. Timothy Lu, professeur associé du MIT en génie électrique, en sciences informatiques et en génie biologique, et Vani Oliveira, professeur associé à l'Université fédérale de ABC au Brésil, sont également des auteurs confirmés. L'auteur principal du document est Marcelo Der Torossian Torres, ancien étudiant invité au MIT.

Variantes venimeuses

Dans le cadre de leurs défenses immunitaires, de nombreux organismes, y compris les humains, produisent des peptides capables de tuer les bactéries. Pour aider à lutter contre l'apparition de bactéries résistantes aux antibiotiques, de nombreux scientifiques ont essayé d'adapter ces peptides en tant que nouveaux médicaments potentiels.

Le peptide sur lequel se sont concentrés de la Fuente-Nunez et ses collègues dans cette étude a été isolé d'une guêpe connue sous le nom de Polybia paulista. Ce peptide est suffisamment petit (12 acides aminés) pour que les chercheurs pensent qu'il serait possible de créer certaines de ses variantes et de les tester pour voir si elles pourraient devenir plus efficaces contre les microbes et moins nocives pour les humains.

"C'est un peptide suffisamment petit pour que vous puissiez essayer de muter autant de résidus d'acides aminés que possible afin de comprendre en quoi chaque élément constitutif contribue à l'activité et à la toxicité des antimicrobiens", a expliqué M. de la Fuente-Nunez.

Comme beaucoup d'autres peptides antimicrobiens, on pense que ce peptide dérivé du venin tue les microbes en perturbant les membranes des cellules bactériennes. Le peptide a une structure alpha-hélicoïdale, connue pour interagir fortement avec les membranes cellulaires.

Au cours de la première phase de leur étude, les chercheurs ont créé quelques dizaines de variantes du peptide d'origine, puis ont mesuré l'impact de ces modifications sur la structure hélicoïdale des peptides et sur leur caractère hydrophobe, ce qui permet également de déterminer le degré d'interaction des peptides avec les membranes. Ils ont ensuite testé ces peptides contre sept souches de bactéries et deux de champignons, ce qui a permis de corréler leur structure et leurs propriétés physicochimiques avec leur pouvoir antimicrobien.

Sur la base des relations structure-fonction qu'ils ont identifiées, les chercheurs ont ensuite conçu quelques dizaines de peptides supplémentaires pour des tests supplémentaires. Ils ont été en mesure d'identifier les pourcentages optimaux d'acides aminés hydrophobes et d'aminoacides chargés positivement. Ils ont également identifié un groupe d'acides aminés où toute modification altérerait la fonction globale de la molécule.

Combattre l'infection

Pour mesurer la toxicité des peptides, les chercheurs les ont exposés à des cellules rénales embryonnaires humaines cultivées dans une boîte de laboratoire. Ils ont sélectionné les composés les plus prometteurs à tester chez des souris infectées par Pseudomonas aeruginosa, une source commune d'infections des voies respiratoires et urinaires, et a constaté que plusieurs des peptides pourraient réduire l'infection. L'un d'entre eux, administré à forte dose, pourrait l'éliminer complètement.

"Après quatre jours, ce composé peut complètement éliminer l'infection, ce qui était assez surprenant et excitant, car nous ne le voyons généralement pas avec d'autres antimicrobiens expérimentaux ou d'autres antibiotiques que nous avons testés dans le passé avec ce modèle de souris en particulier" de la Fuente-Nunez dit.

Les chercheurs ont commencé à créer des variantes supplémentaires qui, espèrent-ils, pourront éliminer les infections à des doses plus faibles. De la Fuente-Nunez prévoit également d'appliquer cette approche à d'autres types de peptides antimicrobiens d'origine naturelle lorsqu'il rejoindra la faculté de l'Université de Pennsylvanie l'année prochaine.

"Je pense que certains des principes que nous avons appris ici peuvent s'appliquer à d'autres peptides similaires dérivés de la nature", a-t-il déclaré. "Des éléments tels que l'hélicité et l'hydrophobicité sont très importants pour beaucoup de ces molécules, et certaines des règles que nous avons apprises ici peuvent certainement être extrapolées."


Explorer plus loin:
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Plus d'information:
Marcelo D. T. Torres et al. L'exploration guidée par la structure et la fonction du peptide antimicrobien polybia-CP identifie les déterminants de l'activité et génère des candidats thérapeutiques synthétiques, Biologie de la communication (2018). DOI: 10.1038 / s42003-018-0224-2

Fourni par:
Massachusetts Institute of Technology

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