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Une bactérie recombinante stimule la production d’un composé qui peut soulager les symptômes de ménopause

26
jan
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Classé dans Curiosité, Microbiologie, Santé.

« Une bactérie recombinante stimule la production d’un composé qui peut soulager les symptômes de ménopause », source ASM News.

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Une bactérie augmente la production de (S)-equol.

Un dérivé d’isoflavones de soja qui est connu sous le surnom scientifique, (S)-equol, a prouvé avoir le pouvoir d’atténuer les symptômes de la ménopause. Cependant, il a été impossible de le produire en quantités suffisantes pour une production nutraceutique commerciale. Mais désormais, une équipe de chercheurs coréens ayant construit une bactérie recombinante dont ils disent qu’elle peut stimuler la production. La recherche est publiée le 22 Janvier dans Applied and Environmental Microbiology, une revue de l’American Society for Microbiology.

Équol est produit naturellement en petites quantités par une bactérie intestinale commensale humaine, Slackia isoflavoniconvertens. Des études cliniques ont montré que ce composé réduit les bouffées de chaleur, les sueurs nocturnes, la perte osseuse et d’autres symptômes de la ménopause, sans effets secondaires dangereux, et des études sur plusieurs lignées cellulaires humaines suggèrent qu’il pourrait éventuellement prouver à prévenir le cancer de la prostate. Mais la productivité de de la bactérie anaérobie S. isoflavoniconvertens était trop faible pour une production à grande échelle, et la bactérie ne fonctionne pas bien dans des fermenteurs industriels, a déclaré le chercheur principal, Byung-Gee Kim, professeur au Département de génie chimique et biologique, Université nationale de Séoul, Séoul, Corée.

Pour augmenter la production de (S)-equol, les chercheurs ont cloné les enzymes de la voie de biosynthèse du composé dans une souche de la bactérie de laboratoire, Escherichia coli, qui est couramment utilisée, entre autres, à des fins industrielles. Mais bien que cette bactérie ait permis une maîtrise plus facile de la production, et bien que les enquêteurs aient assemblés des conditions environnementales optimales pour la bactérie, dont son taux d’acidité et sa température préférés, le rendement reste encore trop faible pour la production commerciale, a déclaré Kim.

Les chercheurs ont ensuite essayé une autre façon d’augmenter la production. Ils ont identifié l’enzyme déterminant la vitesse dans la voie de biosynthèse. « Nous avons remplacé l’enzyme naturel plus lent par une version mutante de cette enzyme, qui est plus rapide », a déclaré Kim.

L’enzyme mutant a considérablement augmenté la production de (S)-equol. Toutefois, le processus n’a pas encore atteint une productivité suffisante pour la production industrielle, a déclaré Kim. « Nous avons présenté un succès partiel, et nous travaillons pour l’améliorer. »

La révolution culturelle dans l’étude du microbiome intestinal

16
déc
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Classé dans Curiosité, Environnement, Santé.

Une révolution culturelle dans l’étude du microbiome intestinal, source Wyss Institute du 14 décembre 2015.

L’intestin humain sur une puce, la technologie du Wyss Institute a été utilisé pour co-cultiver microbiome intestinal et des cellules intestinales humaines pourrait conduire à de nouvelles thérapies contre les maladies inflammatoires de l’intestin.

On estime qu’environ un million d’Américains souffrent de maladies inflammatoires de l’intestin (MII), telles que la colite ulcéreuse et la maladie de Crohn, qui provoquent des symptômes légers à graves qui, au mieux peuvent être gérés et, au pire, elles peuvent conduire à mettre la vie en danger avec des complications. Alors que les réponses immunitaires anormales sont en grande partie responsables de ces maladies, des problèmes liés au microbiome intestinal, aux cellules épithéliales intestinales, aux composants immunitaires et aux mouvements rythmiques et péristaltisque de l’intestin peuvent aussi contribuer à exacerber les symptômes. Mais jusqu’à présent, les scientifiques avaient du mal à développer de nouvelles thérapies pour le traitement des MICI en raison de leur incapacité à reproduire le micro-environnement de l’intestin humain en laboratoire.

Désormais, une équipe au Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université de Harvard a mis au point une « puce organe » afin de réaliser de la micro-ingénierie sur un modèle d’inflammation intestinale humaine et de prolifération bactérienne. La nouvelle, rapportée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), permet pour la première fois aux scientifiques d’analyser comment des microbes intestinaux et les bactéries pathogènes normale contribuent à la réponse immune et d’étudier les mécanismes de la MII dans un modèle contrôlé qui reproduit la physiologie de intestinal humain.

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L’intestin humain sur une puce de l’Institut Wyss imite précisément le microenvironnement biochimique et mécanique de l’intestin humain, avec la dilatation et la contraction des cellules épithéliales intestinales humaines en culture tout comme elle le feraient en rythme à l’intérieur de l’intestin à travers le processus du péristaltisme, comme on le voit ici. C’est une plate-forme idéale pour étudier l’intestin et le microbiome intestinal qui se développe à l’intérieur et développer de nouvelles thérapies innovantes pour traiter l’infection et la maladie du tractus intestinal. Crédit Institut Wyss de l’Université Harvard.

« L’inflammation chronique de l’intestin est considérée comme étant causée par des interactions anormales entre les microbes de l’intestin, les cellules épithéliales de l’intestin et le système immunitaire, mais jusqu’à présent il n’était pas possible de déterminer la façon dont chacun de ces facteurs contribuaient au développement d’une maladie intestinale », a déclaré Hyun Jung Kim, premier auteur de l’étude, à propos des limites classiques sur le modèle animal et in vitro de la prolifération bactérienne et de l’inflammation de l’intestin.

La technologie de l’intestin humain sur une puce, fournit cependant un microenvironnement idéal pour imiter les conditions naturelles de l’intestin de l’homme à une petite échelle, contrôlable dans cette plateforme in vitro. L’intestin humain sur une puce a été inventé à l’Institut Wyss en 2012. Fait d’un polymère clair et souple de la taille d’une barrette de mémoire d’un ordinateur, le dispositif micro-fluidique creux comportant des canaux qui simulent la structure physique, le micro-environnement, le mouvement par vagues du péristaltisme et la circulation de fluide de l’intestin humain.

Dans cette dernière avancée rapportée dans la revue PNAS, l’équipe du Wyss a montré la capacité unique de l’intestin humain sur une puce pour la co-culture de cellules intestinales avec des microbes vivants du microbiome intestinal normal pendant une période de temps allant jusqu’à deux semaines ; cela pourrait permettre des idées révolutionnaires sur la façon dont les communautés microbiennes qui fleurissent l’intérieur de notre tractus gastro-intestinal contribuent à la santé humaine et à la maladie.

« La découverte du microbiome et son importance représente un énorme changement de paradigme dans notre compréhension de la santé humaine, il y a plus de microbes vivants en nous et sur nous que nos propres cellules », a déclaré Ingber, qui est professeur de bio-ingénierie à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science. « Jusqu’à présent, l’utilisation de méthodes de culture traditionnelles et même des cultures d’organoïdes plus sophistiqués ont empêché le microbiome d’être étudié au-delà d’un ou deux jours. Avec notre intestin humain sur une puce, nous pouvons non seulement faire une culture du microbiome intestinal normal pendant un temps assez long, mais nous pouvons aussi analyser les contributions des pathogènes, des cellules immunitaires et de l’endothélium vasculaire et lymphatique, ainsi que des maladies spécifiques du modèle afin de comprendre les réponses physiopathologiques complexes du tractus intestinal. »

« Il y a beaucoup à apprendre au sujet des MII, ainsi que sur la façon dont les antibiotiques impactent le microbiome », a déclaré Collins du Massachusetts Institute of Technology. « Cette technologie permet d’étudier d’une manière isolée et contrôlée la complexité du microbiome et le rôle que joue des différentes espèces microbiennes dans la santé et la maladie. C’est donc une plate-forme très précieuse pour la découverte et les efforts de traduction cliniques. »

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Les cellules épithéliales intestinales humaines en culture dans l’intestin humain sur une puce de l’Institut Wyss forment des villosités intestinales différenciées lorsqu’elles sont cultivées en présence de fluide vital avec des mouvements rythmiques du péristaltisme. Les villosités sont visibles au microscope traditionnel (à gauche) ou avec un microscope confocal (à droite); lorsque les mêmes villosités sont colorées avec des anticorps fluorescents, elles révèlent clairement des noyaux dans les cellules intestinales (en bleu) et leurs membranes apicales spécialisées lorsqu’elles contactent la lumière intestinale (en vert). Crédit Institut Wyss de l’Université Harvard.

Déjà l’avancée a révélé de nouvelles découvertes dans le fonctionnement interne de l’intestin humain et ses réponses immunitaires. Quatre petites protéines qui stimulent l’inflammation (appelées cytokines) ont été retrouvées à travailler en tandem pour déclencher des réponses immunitaires inflammatoires qui endommagent et irritent l’intestin. Cette découverte pourrait ouvrir une nouvelle voie thérapeutique potentielle pour le traitement des MII en « bloquant » ces cytokines simultanément.

L’équipe du Wyss a également étudié le rôle que joue du débit de liquide et le mouvement péristaltique de l’intestin comme une vague dans le maintien d’un équilibre dynamique du microbiome intestinal, constatant que l’absence de mouvement péristaltique peut conduire à une prolifération effrénée des bactéries totalement indépendants des changements de l’écoulement du fluide. Cela pourrait aider à expliquer pourquoi certains patients atteints de MICI et d’autres conditions développent une prolifération bactérienne, tels que les patients qui développent un iléus, qui est un syndrôme qui peut se produire après une chirurgie intestinale quand il y a un retard prolongé dans la capacité du corps à reprendre des mouvements péristaltiques normaux.

L’équipe du Wyss estime la capacité de l’intestin humain sur une puce afin de cultiver du microbiome avec des cellules intestinales humaines est également plein de promesses dans le domaine de la médecine de précision, où les propres cellules du patient et le microbiote intestinal pourraient un jour être cultivées à l’intérieur d’un intestin humain sur une puce pour tester différentes thérapies et identifier une stratégie de traitement individualisé.

« Auparavant, le microbiome et son rôle dans la santé humaine avaient été largement définis par l’étude de l’expression de leurs gènes, mais maintenant, en étant capable de mener à bien l’expérimentation humaine in vitro sur comment le microbiome, les cellules intestinales humaines et les composants immunitaires humains interagissent, nous espérons acquérir une compréhension plus profonde des mécanismes physiopathologiques sous-jacents qui devraient conduire au développement de thérapies nouvelles et plus efficaces », a déclaré Ingber.

Un rapport souligne la surutilisation des antibiotiques dans la production alimentaire

9
déc
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Classé dans Contamination, Contamination croisée, Curiosité, Environnement, Hygiène, Microbiologie, Santé, Sécurité des aliments.

« Un rapport souligne la surutilisation des antibiotiques dans la production alimentaire », source Food Safety Watch du 8 décembre 2015.

Un document nouvellement publié par l’examen indépendant au Royaume-Uni sur l’antibiorésistance a averti que l’utilisation de antimicrobiens dans l’agriculture est le moteur du développement des bactéries résistantes et qu’elle devrait être limitée aux antibiotiques utilisés pour traiter l’homme.

animal-antibiotics_406x250L’examen indépendant, présidé par l’économiste Jim O’Neill a été commandé par le Premier ministre du Royaume-Uni dans le but de produire un ensemble de recommandations pour lutter contre la résistance aux antimicrobiotiques à l’échelle mondiale. Il publie une série de documents sur les différents aspects du sujet.

Le dernier document, Antimicrobials in Agriculture and the Environment: Reducing Unnecessary Use and Waste  (Antimicrobiens dans l’agriculture et l’environnement : réduction de la consommation et des déchets), examine comment des médicaments antimicrobiens sont utilisés dans la production alimentaire. Basé sur 139 études universitaires sur l’utilisation d’antibiotiques dans l’agriculture, il révèle que dans certaines parties du monde, les antibiotiques sont plus utilisés chez l’animal que chez l’homme. Par exemple, aux Etats-Unis, plus de 70% des antibiotiques médicalement importants sont destinés aux animaux.

Il conclut également que l’usage agricole est susceptible d’augmenter de manière significative, d’autant plus que la production de viande se développe dans les économies émergentes, comme le Brésil, la Chine et l’Inde. L’utilisation d’antibiotiques comme promoteurs de croissance dans les systèmes de production intensive de viande est considérée comme un problème particulier.

Le document indique qu’il existe un lien clair entre l’utilisation plus élevée des antibiotiques dans l’agriculture et la résistance aux antibiotiques, parce que les bactéries sont plus susceptibles d’être exposées à des médicaments utilisés pour traiter les infections. La transmission de bactéries résistantes à travers la chaîne alimentaire devient alors un risque potentiel.

Le document formule une série de recommandations générales pour aborder la surutilisation des antibiotiques en agriculture. L’une est de réduire leur utilisation dans la production alimentaire à un niveau cible mondial convenu par kilogramme de bétail et de poisson et de restreindre l’utilisation d’antibiotiques cliniquement importants. La revue souhaite également voir des normes minimales pour réduire les rejets de déchets de fabrication des antibiotiques dans l’environnement et l’amélioration de la surveillance afin de suivre les progrès par rapport aux objectifs mondiaux.

NB : Il est également proposé une liste des documents utilisés dans la revue de la littérature et la façon dont ils ont été caractérisés. On lira aussi l’article paru dans Food Safety News, International Targets Recommended for Reducing Animal Antibiotic Use (Objectifs internationaux recommandés pour réduire l’utilisation des antibiotiques chez l’animal).

Dynamique microbienne de biofilms bactériens survivants au nettoyage-désinfection de bandes transporteuses dans des usines de transformation du saumon

1
déc
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Classé dans Contamination, Contamination croisée, Curiosité, Environnement, Hygiène, Machines, Microbiologie, Nettoyage-Désinfection, Santé, Sécurité des aliments.

salted_salmon_fillet_6291_smRésumé.

Objectifs. Le microbiote survivant au nettoyage-désinfection de bandes transporteuses utilisées dans la transformation du saumon a été identifié et sa dynamique de croissance a été investiguée dans un modèle mimant les surfaces de transformation dans ces usines.

Méthodes et résultats. Un microbiote divers dominé par des bactéries gram négatif a été isolé après un nettoyage-désinfection régulier dans trois usines de transformation du saumon. Un cocktail de 14 isolats bactériens représentant tous les genres isolés de bandes transporteuses (Listeria, Pseudomonas, Stenotrophomonas, Brochothrix, Serratia, Acinetobacter, Rhodococcus et Chryseobacterium) ont formé des biofilms stables sur des coupons en acier (12°C, bouillon de saumon) avec environ 109 ufc cm-2, après deux jours. Le séquençage à haut débit a montré que L. monocytogenes représentait 0,1 à 0,01% de la population du biofilm et que Pseudomonas spp. dominait. Fait intéressant, à la fois Brochothrix sp. et Pseudomonas sp. dominaient dans la suspension environnante.

Conclusions. Le microbiote survivant au nettoyage-désinfection est dominé par Pseudomonas spp. Le microbiote à l’intérieur des biofilms inhibe mais n’élimine pas L. monocytogenes.

Importance et impact de l’étude. Les résultats soulignent que les procédures de nettoyage-désinfection doivent être améliorées dans l’industrie de la transformation du saumon, car un nombre élevé de microbiotes divers ont survécu au nettoyage-désinfection. Le séquençage à haut débit permet des études au niveau de la souche dans la dynamique des populations des biofilms.

Référence. Solveig Langsrud, Birgitte Moen, Trond Møretrø, Marie Løype and Even Heir. Microbial dynamics in mixed culture biofilms of bacteria surviving sanitation of conveyor belts in salmon processing plants. Journal of Applied Microbiology 2015 Accepted Article.

Commentaires. S’il reste de l’eau sur ces bandes de convoyage, il est normal qu’il y ait des biofilms de Pseudomonas et de plus ces Pseudomonas peuvent protéger Listeria monocytogenes

On lira sur ce blog, Les biofilms et les microorganismes sur les surfaces après nettoyage et désinfection, 1, 2 et 3 et Quelques pistes pour se débarrasser des bactéries persistantes dans les entreprises alimentaires.

Faire la lumière sur la croissance et la mort microbienne à l’intérieur de notre intestin

30
nov
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Classé dans Curiosité, E. coli, Environnement, Microbiologie, Santé.

« Faire la lumière sur la croissance et la mort microbienne à l’intérieur de notre intestin », source communiqué du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering à la Harvard University et Harvard Medical School du 30 novembre 2015.

Une mesure précise des populations microbiennes dans le tractus gastro-intestinal pourrait être essentiel pour identifier de nouvelles thérapies.

Pour la première fois, les scientifiques peuvent mesurer avec précision le taux de croissance de populations microbiennes qui vivent à l’intérieur du tractus gastro-intestinal des mammifères, selon une nouvelle méthode décrite dans Nature Communications* par une équipe de la Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering à la Harvard University et Harvard Medical School (HMS).

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La nouvelle méthode développée permet aux scientifiques d’analyser la dynamique des populations de microbes intestinaux des mammifères, ce qui pourrait aider les scientifiques à comprendre comment les microbes croissent et se divisent à l’intérieur de notre intestin lors d’une infection, un traitement antibiotique et d’autres déséquilibres microbiens causés par des problèmes de santé. Crédit Institut Wyss à l’université Harvard.

La nouvelle méthode utilise des cellules de E. coli génétiquement modifiées fluorescentes pour mesurer le taux de croissance microbienne, et fonctionne très bien de la même manière que les pratiques « marquage et recapture » que les écologistes utilisent depuis longtemps pour estimer le taux d’animaux d’une population à l’état sauvage. La programmation de E. coli afin de dénombrer le taux de croissance des microbes gastro-intestinaux est une autre avance dans le domaine de la biologie synthétique, qui vise essentiellement à exploiter et à refaire la machinerie cellulaire pour entreprendre des fonctions spécifiques via l’ingénierie génétique et métabolique. L’équipe de Wyss et la HMS appelle la méthode « distribution du comptage de la division cellulaire » ou « distributed cell division counting » ou DCDC pour faire court.

« Le rêve dans ce domaine est de faire des ordinateurs à base de cellules, en utilisant des cellules qui peuvent se souvenir, compter, sentir, agir et effectuer des tâches d’une manière programmable », a déclaré Pamela Argent, qui est l’auteur principal de la nouvelle étude. « Cette avance nous amène vers un autre pas de plus afin de faire de ce rêve original une réalité. »

Les microbes intestinaux, qui contiennent collectivement une vaste quantité d’information génétique connue comme étant le « microbiome », jouent un rôle extrêmement important dans la vie de leurs hôtes. Ces microbes subissent des changements dynamiques dans leurs taux de croissance en fonction de facteurs comme l’alimentation de l’hôte ou de la présence d’antibiotiques. Avoir une fenêtre sur ces dynamiques fluctuantes aide les scientifiques à comprendre comment les microbes croissent et se divisent à l’intérieur de notre intestin lors d’une infection, un traitement antibiotique et d’autres déséquilibres microbiens causés par des problèmes de santé tels que le syndrome du côlon irritable, l’obésité et le cancer, ce qui pourrait aider à identifier les futures thérapies pour le traitement de ces conditions.

Mais dans la recherche sur le microbiome gastro-intestinal, une aire en proie à de nouvelles découvertes et d’opportunités grâce aux récentes percées dans notre compréhension de l’influence qu’ont ces microbes sur notre santé, il a été jusqu’à présent très difficile de surveiller les cellules microbiennes au cours de leurs voyages à travers le tractus gastro-intestinal des mammifères. Le taux de croissance microbienne fluctue en réponse à l’alimentation, le bien-être, l’exercice et l’environnement et il est affecté par la concurrence inter-organisme à l’intérieur de l’intestin. Pourtant, après être entré dans l’intestin et avant de le quitter, les microbes passent à travers la « zone obscure » où ils ne peuvent pas être accessibles ou analysés en utilisant des méthodes standards et sans perturber l’observation des conditions naturelles.

Ce défi a inspiré Cameron Myhrvold à l’Institut Wyss et à la HMS et qui est le principal auteur de la nouvelle étude, afin de travailler avec Silver pour développer la nouvelle technique synthétique de « marquage et recapture » connue sous le nom de DCDC.

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Des E. coli génétiquement modifiés contenant une protéine fluorescente colorée en rouge ont permis à l’équipe du Wyss Institute et de la HMS d’analyser les fluctuations des populations de microbes intestinaux en comparant la proportion de « cellules marquées » avec celle de « cellules non marquées ». Crédit Institut Wyss de l’Université d’Harvard.

Utilisant une protéine fluorescente de couleur rouge génétiquement modifiée contrôlée par un promoteur régulant l’expression des gènes comme un drapeau visuel, Myhrvold a marqué et a recapturé E. coli, qui est une bactérie extrêmement commune retrouvées dans tous les intestins des mammifères. La stratégie DCDC, dans laquelle des souris ont été nourries avec des microbes génétiquement modifiés, puis leurs déchets ont été collectés pour analyse, a permis à l’équipe de dénombrer précisément les divisions cellulaires bactériennes qui se sont produits à l’intérieur tractus gastro-intestinal des souris. La protéine fluorescente « a marqué » la première génération de E. coli introduits dans l’intestin et a donc permis à l’équipe de calculer la dynamique des populations en analysant la proportion de cellules fluorescentes versus l’ensemble de la population de cellules recueillies après leur « récupération ».

« De nombreuses approches différentes pour gérer la santé gastro-intestinale, telles que l’utilisation d’antibiotiques, de probiotiques, de bactéries génétiquement modifiées et de thérapies, comptent sur nous pour être en mesure de dire comment ces traitements affectent la croissance, la division et la mort de certaines des populations microbiennes dans notre intestin », a dit Myhrvold. « Jusqu’à présent, nous avons étions dépourvus de moyens pour mesurer comment la dynamique de la croissance est affectée par nos interventions. »

Une nouvelle découverte majeure résultant de l’étude est que la mort initiale de cellules de E. coli dans l’intestin joue un rôle clé dans la survie à long terme de ces populations de E. coli et les aide à persister contre la concurrence des autres souches microbiennes, ce qui a surpris l’équipe. En utilisant un modèle mathématique développé à partir de leurs résultats expérimentaux chez la souris, l’équipe a déterminé que tout d’abord de nombreux microbes meurent en entrant dans l’intestin, au fil du temps leur taux de croissance se stabilise dans leur adaptation à l’environnement de l’intestin.

La méthode DCDC, qui pourrait être adaptée pour surveiller un large éventail de microbes, pourrait être largement appliquée dans la recherche gastro-intestinale afin d’éclairer ce qui se passe dans la « zone obscure » de l’intestin des mammifères lorsque le régime alimentaire, l’environnement, la santé et les conditions changent ou des interventions expérimentales sont introduites .

« Cette innovation pourrait nous aider à acquérir une meilleure compréhension des microbes qui composent le microbiome, qui vivent à l’intérieur de nous et qui contribuent de manière significative à notre santé Il est aussi un signe avant-coureur d’une toute nouvelle classe de « dispositifs cellulaires », littéralement composée de cellules vivantes qui peuvent être programmées pour détecter et répondre à volonté », a déclaré Donald Ingber du Wyss Institute Founding Wyss.

* article disponible intégralement et gratuitement