Des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Californie à San Diego ont mis au point une technique de détection microbienne si sensible qu'elle leur permet de détecter aussi peu que 50 à 100 cellules bactériennes présentes sur une surface. Quoi de plus, ils peuvent tester des échantillons plus efficacement, jusqu'à des centaines d'échantillons en une seule journée.

La technique a été validée en échantillonnant des centaines de surfaces dans trois environnements différents :le Spacecraft Assembly Facility du Jet Propulsion Laboratory de la NASA au California Institute of Technology; l'unité de soins intensifs néonatals (USIN) du centre médical Jacobs de l'UC San Diego Health ; et une installation d'élevage d'ormeaux blancs en voie de disparition au Centre des sciences halieutiques du sud-ouest de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) à La Jolla, Californie.

Détails de la technique, appelé KatharoSeq, sont publiés le 13 mars dans la revue mSystèmes . ("Katharos" est grec pour "pur, " et "Seq" est l'abréviation de séquençage.) KatharoSeq a déjà révélé de nouvelles informations sur les trois sites de test qui pourraient aider à optimiser la façon dont le Mars 2020 Rover est assemblé, comment les bactéries sont suivies dans les hôpitaux, et comment les ormeaux blancs en voie de disparition sont élevés et remis à l'état sauvage.

"Plus nous en savons sur les communautés microbiennes dans un environnement donné, plus il est probable que nous puissions les remodeler pour améliorer la santé environnementale et humaine, " a déclaré l'auteur principal Rob Knight, Doctorat, professeur de pédiatrie et d'informatique et d'ingénierie, et directeur du Center for Microbiome Innovation de l'UC San Diego.

Voici ce que KatharoSeq a révélé jusqu'à présent :

L'installation d'assemblage d'engins spatiaux au Jet Propulsion Laboratory C'est là que la NASA construit des vaisseaux spatiaux et des machines à lancer dans l'espace. Les ingénieurs et le personnel doivent rendre compte de chaque organisme biologique envoyé dans l'espace afin d'éviter la contamination d'autres planètes.

Dans cette partie de l'étude, L'équipe de Knight s'est demandé si KatharoSeq serait capable de détecter des microbes dans ce qui est considéré comme une installation stérile. Sur les trois sites testés, l'installation d'assemblage d'engins spatiaux avait la plus faible diversité microbienne. Mais les bactéries étaient toujours présentes - KatharoSeq a détecté 32 types. Le type le plus abondant était Acinetobacter Iwoffi , qui est associée à la circulation piétonnière humaine.

L'équipe de Knight travaillera désormais avec le personnel du Jet Propulsion Laboratory pour créer une carte des microbes vivant dans l'installation au cours des six prochains mois, y compris le Rover Mars 2020. Leur objectif est d'envoyer un rover stérile sur Mars.

L'USIN du Jacobs Medical Center de l'UC San Diego Health est relativement nouveau - l'hôpital spécialisé avancé de 245 lits a ouvert ses portes à La Jolla fin 2016, environ quatre mois avant le prélèvement des échantillons pour cette étude. L'USIN de 52 chambres a été conçue pour donner à chaque bébé et sa famille une chambre privée, avec l'idée que cela offrirait non seulement une meilleure expérience au patient, mais aussi prévenir la propagation de l'infection parmi cette population vulnérable.

Dans cette étude, les échantillons de l'USIN contenaient plus d'espèces bactériennes que l'installation d'assemblage d'engins spatiaux, mais moins que l'installation d'élevage d'ormeaux blancs. Conformément aux autres constatations de l'hôpital, les chercheurs utilisant KatharoSeq ont découvert que les bactéries staphylococciques étaient le type le plus répandu dans l'établissement, dont la majorité était le résident inoffensif de la peau Staphylococcus epidermidis .

L'USIN a deux sections, une avec une acuité plus élevée (un ratio fournisseur de soins de santé-patient plus élevé) et une avec une acuité plus faible. L'équipe a trouvé plus de bactéries staphylococciques sur les surfaces de l'aile de haute acuité, qui, au moment de l'étude, était corrélée à un taux de culture plus élevé dans cette zone (six cultures positives dans 14 salles de haute acuité, contre six sur cinq des 37 chambres à faible acuité).

En utilisant KatharoSeq, surfaces dans l'une des salles de l'USIN testées positives pour la bactérie Serratia marcescens . À l'insu de l'équipe de Knight à l'époque, le nourrisson qui séjournait dans cette pièce avait eu une infection pulmonaire par cette bactérie. Mais ils ont noté que les bactéries étaient absentes des pièces de chaque côté, soutenant l'hypothèse que les chambres privées des patients constituent une barrière à l'infection.

"Tous les hôpitaux ont des bactéries, ", a déclaré Knight. "Mais c'est le genre d'informations que nous n'avons pas encore - quelles bactéries se trouvent où, et pour combien de temps. La surveillance des agents pathogènes nécessite actuellement de prélever des échantillons sur les patients et de les envoyer en culture, où les techniciens de laboratoire attendent de voir quelles bactéries se développent dans une boîte de Pétri. Être capable de surveiller et de prédire les agents pathogènes en routine, prélèvement non invasif du milieu bâti et séquençage pour identifier les bactéries, plutôt que d'attendre que les cultures se développent, pourrait être une approche utile pour identifier les points chauds potentiels de transmission qui sont actuellement inconnus. »

À l'avenir, co-auteur Jae Kim, MARYLAND, professeur clinicien agrégé de pédiatrie et de nutrition directeur médical du programme de soutien à la nutrition infantile prématurée, et son équipe espèrent étudier les interventions probiotiques dans l'USIN. Ils veulent savoir si le traitement des patients avec des bactéries bénéfiques pourrait aider à prévenir la colonisation par des bactéries pathogènes au fil du temps, à la fois sur le patient et dans l'environnement bâti de la chambre.

Centre des sciences halieutiques du sud-ouest de la NOAA élève des ormeaux blancs en voie de disparition pour aider à rétablir leurs populations dans la nature. Ces coquillages ont été les premiers invertébrés marins ajoutés à la liste des espèces menacées, à la fin des années 1990. Étant donné que leurs populations ont diminué en partie à cause d'un syndrome de flétrissement causé par un type de Rickettsia bactéries, le contrôle des infections est d'une importance vitale pour l'installation d'élevage, en particulier lorsque les ormeaux sont transférés d'autres aquariums. Le bac à ormeaux blancs reçoit de l'eau de mer traitée aux UV et filtrée.

Dans cette étude, KatharoSeq a détecté une communauté microbienne diversifiée dans les réservoirs d'ormeaux blancs. Les chercheurs ont trouvé de nombreux types de bactéries marines, y compris les espèces symbiotiques qui peuvent aider les poissons à digérer les algues. L'ormeau blanc avait plus de bactéries en commun avec son environnement qu'avec l'ormeau rouge voisin. Mais les chercheurs n'ont détecté aucun des problèmes troublants Rickettsia . Aller de l'avant, L'équipe de Knight espère travailler avec l'installation d'élevage pour déterminer la composition microbienne optimale de l'ormeau blanc et de son environnement afin d'améliorer le succès de la transplantation.

« En matière de santé humaine et environnementale, stérile n'est pas forcément mieux, " a déclaré le co-auteur Russ Vetter, chercheur principal au NOAA Southwest Fisheries Science Center. « Nous voulons comparer les ormeaux sauvages et d'aquarium, et mieux comprendre comment les bactéries résidentes d'un ormeau élevé en aquarium les aident ou les nuisent une fois qu'elles sont relâchées dans l'océan. Ont-ils besoin d'un bain probiotique avant la libération, ou un régime différent pour aider à les préparer? On ne sait pas encore."

Détails techniques . Le premier auteur de cette étude, Jérémie Minich, un étudiant diplômé travaillant sur sa thèse dans le laboratoire de Knight et dans le laboratoire d'Eric E. Allen, Doctorat, professeur agrégé à UC San Diego Scripps Institution of Oceanography, écouvillonnage chacun de ces sites tout en portant une blouse de protection et des gants pour éviter la contamination involontaire des environnements. Il a ramené les échantillons au laboratoire sur de la neige carbonique, puis les a exécutés à travers le protocole de séquençage d'ADN microbien typique :extraire l'ADN des échantillons, amplifier les "codes-barres" spécifiques aux microbes connus sous le nom d'ARNr 16S à l'aide d'une technique appelée réaction en chaîne par polymérase (PCR), exécutez-les dans un séquenceur et analysez les données.

La nouveauté de KatharoSeq est que Minich a intégré une stratégie de regroupement d'échantillons, contrôles positifs et négatifs appropriés, extraction d'ADN à haut débit et approche de nettoyage d'ADN à base de billes magnétiques. La plupart des chercheurs font passer leurs échantillons à travers un filtre dans une colonne pour purifier l'ADN avant le séquençage, mais Minich et son équipe ont découvert que beaucoup de matériel est perdu par inadvertance de cette façon. Avec KatharoSeq, les chercheurs ont amélioré leur niveau de détection microbienne d'environ deux ordres de grandeur et ont multiplié par cinq la vitesse à laquelle ils peuvent traiter les échantillons, par rapport aux méthodes d'échantillonnage et de séquençage standard.

"Nous pouvons obtenir des résultats aussi rapidement que 48 heures après avoir reçu un échantillon biologique, " a déclaré Minich. " Et nous pensons que nous pourrions le faire encore plus rapidement une fois que nous l'aurons étendu et que nous intégrerons plus d'automatisation dans le processus KatharoSeq. "