Identification rapide de pathogènes bactériens par protéomique top-down en contexte clinique – PathoTOP

Ces dix dernières années, la spectrométrie de masse a révolutionné la microbiologie clinique par l'introduction de la technologie MALDI-TOF pour l'identification rapide d'espèces bactériennes. Le principe est simple. L'ionisation de protéines intactes à partir d'une colonie bactérienne conduit à un profil spectral qui est ensuite comparé à une banque contenant des profils de référence. Cette approche, plus rapide, moins coûteuse et plus efficace que les approches conventionnelles, est désormais devenue un standard pour l'identification en routine des bactéries dans les laboratoires hospitaliers.
L'approche par MALDI-TOF MS présente cependant des limitations importantes. Certaines bactéries restent difficiles à identifier, soit parce qu'elles ne conduisent pas à une empreinte spectrale spécifique, soit parce que la banque ne contient pas de profil de référence. De plus, le pouvoir discriminant du MALDI-TOF n'est généralement pas suffisant pour permettre de différencier des sous-espèces au sein d'une espèce ou des clones au sein d'une sous-espèce. Enfin, la résistance ou la virulence de certaines souches ne peut être caractérisée, ce qui limite la prise en charge thérapeutique des patients à l'hôpital.
Les approches génomiques ne sont pas idéales non plus. En plus d'être souvent complexes à mettre en œuvre elles ne prennent pas en compte le fait qu'une protéine peut ne pas être exprimée alors que le gène correspondant est présent. Les approches protéomiques, qui ciblent les protéines exprimées sont plus proches de la caractérisation phénotypique.
L'analyse protéomique top-down est une technologie émergente qui repose sur l'analyse de protéines intactes par spectrométrie de masse à très haute résolution. L'intérêt majeur est de conduire à des informations moléculaires d'une très grande précision pour les protéines analysées. Elle permet ainsi, non seulement de s'affranchir du problème d'inférence lié à la digestion enzymatique mais également de caractériser les différentes protéoformes sous laquelle une protéine peut exister, du fait notamment de modifications post-traductionnelles.
L'objectif du projet PathoTOP est de développer des approches protéomiques top-down pour identifier et caractériser rapidement des pathogènes bactériens en contexte clinique. Cette caractérisation inclut des facteurs de résistance ou de virulence.
J. Chamot-Rooke, coordinateur du projet, a acquis ces dernières années une reconnaissance internationale pour l'analyse top-down de protéines bactériennes. Elle a mis en place récemment à l'Institut Pasteur (IP) la première plateforme intégrée de protéomique top-down en France. Le projet bénéficiera également de l'expertise de P. Trieu-Cuot, chef de l'unité de biologie des pathogènes Gram-positif à l'IP, de D. Clermont à la Collection de l'IP qui comprend plus de 10,000 bactéries référencées et de trois cliniciens responsables de laboratoires hospitaliers de microbiologie clinique: C. Poyart (Cochin, Paris), MC. Ploy (Limoges) et I. Podglajen (HEGP, Paris).
Le projet portera sur deux pathogènes majeurs: Staphylococcus aureus et le streptocoque du groupe B (SGB). Pour S. aureus, une méthode de protéomique top-down sera mise en place pour identifier la bactérie et détecter des biomarqueurs protéiques de la résistance à la méthicilline. Pour SGB, c'est la détection de la séquence type ST17, associé à des infections invasives, et celle de phénotypes présentant des résistances aux macrolides de type MLSB qui seront ciblées.
Les méthodes développées pour ces deux pathogènes pourront ensuite être étendues à d'autres.
Ce projet, qui vise à introduire des approches de protéomiques à l'état de l'art dans le domaine de la microbiologie clinique, est en complète rupture avec les approches utilisées aujourd'hui. L'objectif ambitieux est la mise au point de nouveaux outils pour un diagnostic rapide des infections bactériennes sévères, et donc une meilleure prise en charge des patients par une antibiothérapie appropriée.