Le venin des insectes tels que les guêpes et les abeilles est plein de composés qui peuvent tuer les bactéries. Malheureusement, nombre de ces composés sont également toxiques pour l'homme, rendant impossible leur utilisation comme antibiotiques.

Après avoir effectué une étude systématique des propriétés antimicrobiennes d'une toxine normalement trouvée chez une guêpe d'Amérique du Sud, les chercheurs du MIT ont maintenant créé des variantes du peptide qui sont puissantes 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 pouvait éliminer complètement Pseudomonas aeruginosa , une souche de bactérie qui cause des infections respiratoires et autres et qui est résistante à la plupart des antibiotiques.

"Nous avons transformé une molécule toxique en une molécule viable pour traiter les infections, " dit César de la Fuente-Nunez, un post-doctorant 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 l'article, qui paraît dans le numéro du 7 décembre de la revue Nature Communications Biologie . Timothée Lou, professeur agrégé au MIT en génie électrique et informatique et en génie biologique, et Vani Oliveira, professeur associé à l'Université fédérale d'ABC au Brésil, sont également des auteurs chevronnés. L'auteur principal de l'article est Marcelo Der Torossian Torres, un ancien étudiant invité au MIT.

Variantes venimeuses

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

Le peptide sur lequel de la Fuente-Nunez et ses collègues se sont concentrés dans cette étude a été isolé d'une guêpe connue sous le nom de Polybia paulista. Ce peptide est suffisamment petit – seulement 12 acides aminés – pour que les chercheurs pensent qu'il serait possible de créer des variantes du peptide et de les tester pour voir s'ils pourraient devenir plus puissants contre les microbes et moins nocifs pour les humains.

"C'est un peptide suffisamment petit pour que vous puissiez essayer de muter autant de résidus d'acides aminés que possible pour essayer de comprendre comment chaque élément constitutif contribue à l'activité antimicrobienne et à la toxicité, " dit 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 cellulaires bactériennes. Le peptide a une structure en hélice alpha, qui est connu pour interagir fortement avec les membranes cellulaires.

Dans la première phase de leur étude, les chercheurs ont créé quelques dizaines de variantes du peptide d'origine, puis ont mesuré comment ces changements affectaient la structure hélicoïdale des peptides et leur hydrophobie, ce qui permet également de déterminer dans quelle mesure les peptides interagissent avec les membranes. Ils ont ensuite testé ces peptides contre sept souches de bactéries et deux de champignons, permettant de corréler leur structure et leurs propriétés physico-chimiques 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 pu identifier des pourcentages optimaux d'acides aminés hydrophobes et d'acides aminés chargés positivement, et ils ont également identifié un groupe d'acides aminés où tout changement altérerait la fonction globale de la molécule.

Combattre les infections

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 fréquente d'infections des voies respiratoires et urinaires, et a découvert que plusieurs des peptides pouvaient réduire l'infection. L'un d'eux, administré à forte dose, pourrait l'éliminer complètement.

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

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 naturels 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 être applicables à d'autres peptides similaires dérivés de la nature, " dit-il. " Des choses comme l'hélicité et l'hydrophobie sont très importantes pour beaucoup de ces molécules, et certaines des règles que nous avons apprises ici peuvent certainement être extrapolées."