CE19 - Technologies pour la santé

Détection universelle de bactéries – BacUS

Bacus

Détection universelle de bactéries

Enjeux et objectifs

Le projet Bacus propose de nouvelles alternatives pour la détection rapide de bactéries pathogènes. Il s'agit de suivre la croissance bactérienne en temps réel pendant l'étape d'enrichissement grâce à la détection des bactéries suivies sur des biopuces (1 cm2) fonctionnalisées avec des sondes peptidiques universelles. Dans ce contexte, «universel« signifie que ces ligands lient toute bactérie, quelle que soit sa nature ou son état physiologique, la présence ou non de peptidoglycane, etc. Un aspect original de Bacus repose donc sur l'utilisation des peptides antimicrobiens (AMP) comme ligands de bactéries pathogènes. Un autre point fort de Bacus est la combinaison de sondes à large spectre basées sur des AMP avec d'autres ensembles de sondes hautement spécifiques des agents pathogènes ESKAPEE. Ainsi, un seul dispositif permettra l'évaluation de la stérilité Oui/Non ainsi que l'identification de l'agent pathogène ESKAPEE en cas de réponse positive.<br />Ce projet sera mené à bien grâce à une étroite collaboration entre un partenaire chimiste (synthèse et caractérisation des AMP), un partenaire technologue (fonctionnalisation de biopuces et développement instrumental spécifique), et un partenaire hospitalier (mise en oeuvre de la technologie développée en conditions quasi-réelles).

La détection et l’identification des bactéries dans le sang, puis la détermination de leurs sensibilités aux antibiotiques sont indispensables pour la prise en charge des patients. Dans ce contexte, plus la réponse du laboratoire est rapide, plus les chances de survie sont élevées. Afin d'améliorer cette maitrise du temps et du coût de l'analyse, nous proposons de développer des dispositifs permettant une détection plus rapide grâce à une lecture de biopuce par imagerie de Résonance Plasmonique de Surface (SPRi) DURANT L'ETAPE D'ENRICHISSEMENT DE L'ECHANTILLON. Ce couplage de la phase de multiplication bactérienne avec la phase de détection permet de réduire très fortement le délai entre le prélèvement et le transfert de l'information au médecin. De manière très originale, nous proposons de mettre en oeuvre UN NOUVEAU TYPE DE LIGANDS LARGE SPECTRE A LA SURFACE DES BIOPUCES (les peptides anti-microbiens), afin de détecter la présence des bactéries à l'aide d'un faible nombre de sondes différentes (moins d'une dizaine). Enfin, un dernier aspect important du projet repose sur l'incorporation, sur ces mêmes biopuces, de SONDES SPECIFIQUES (anticorps, phages et/ou aptamères) CIBLANT LES PATHOGENES DU GROUPE « ESKAPEE », qui comprend les bactéries les plus fréquemment isolées dans les bactériémies et potentiellement les plus résistantes comme certaines entérobactéries ou encore le Staphylocoque doré. Une prise en charge adaptée doit être choisie si leur présence est confirmée. De cette manière, le projet BacUS répond à différentes demandes importantes liée au diagnostic médical des bactériémies à savoir : une réponse plus rapide sur la présence d'un pathogène bactérien, une identification claire d'un pathogène du groupe « ESKAPEE » et un coût de mise en oeuvre maitrisé par rapport aux solutions actuellement disponibles.

Les résultats acquis à ce jour sont quasiment conformes à ceux attendus et décris dans le planning initial (se reporter au diagramme de Gantt du projet tel que déposé et au tableau de la section B plus haut).
Sur le plan de la coordination du projet, les réunions de lancement, et de suivi semestriel du projet ont eu lieu comme prévu et ont été actées par des comptes-rendus. D0-D3
Concernant le déroulé des WP, les synthèses des peptides ont pu être réalisées, à savoir sur une dizaine de séquences différentes, possibles par des synthèses solides sur près d'une quarantaine de résines différentes. Les purifications se sont avérées plus laborieuses qu'attendu pour différentes séquences, ce qui explique ce jalon a été partiellement atteint à ce jour. Ces purifications seront achevées dès que possible. D7-D8
Néanmoins, même si la totalité des séquences synthétisées n'a pu être purifiée à ce jour, nous avons pu préparer la première série de biopuces SPR fonctionnalisées par ce jeu de peptides antimicrobiens. M1. Ceci a permis la réalisation de premières expériences de détection de bactéries dans des conditions modèles, ce qui a donné lieu à une publication dans le journal Talanta en mai 2019. doi:10.1016/j.talanta.2019.05.062
De manière anticipée, nous avons pu réaliser les premières séries de test de stabilité des peptides dans des conditions modèles similaires au conditions réelles (à la différence près que les échantillons de sang proviennent de patients sains et non malades). Ces résultats ont été présentés dans le travail de thèse de M. Eric Pardoux, doctorant impliqué dans la première année du projet Bacus. D11
Enfin, nous avons pu réaliser une synthèse exhaustive des publications récentes décrivant la mise en oeuvre de peptides anti-microbiens pour des applications biocapteurs, ceci a abouti à la publication d'une revue dans le journal Molecules en avril 2020. doi:10.3390/molecules25081998

Les perspectives restent conforment à celles définies dans le document initial.

1. Talanta. doi:10.1016/j.talanta.2019.05.062
2. Molecules. doi:10.3390/molecules25081998

La bactériémie correspond à la présence de bactéries dans le sang normalement stérile chez un individu sain. Cette infection peut entrainer un sepsis, l'une des premières causes de mortalité dans les unités de soins intensifs. Actuellement, en cas de suspicion de bactériémie, un prélèvement sanguin est réalisé, puis placé en "culture" au moins 8h dans des conditions permettant la multiplication des bactéries éventuellement présentes dans l'échantillon. Suite à cette phase d'enrichissement, l'étape d'identification proprement dite durera quelques minutes à plusieurs jours, en fonction de la souche bactérienne et du coût acceptable pour l'analyse (les solutions d'identification les plus rapides, comme la PCR, sont également les plus onéreuses). La détection et l’identification des bactéries dans le sang, puis la détermination de leurs sensibilités aux antibiotiques sont indispensables pour la prise en charge des patients. Dans ce contexte, plus la réponse du laboratoire est rapide, plus les chances de survie sont élevées. Afin d'améliorer cette maitrise du temps et du coût de l'analyse, nous proposons de développer des dispositifs permettant une détection plus rapide grâce à une lecture de biopuce par imagerie de Résonance Plasmonique de Surface (SPRi) DURANT L'ETAPE D'ENRICHISSEMENT DE L'ECHANTILLON. Ce couplage de la phase de multiplication bactérienne avec la phase de détection permet de réduire très fortement le délai entre le prélèvement et le transfert de l'information au médecin. De manière très originale, nous proposons de mettre en oeuvre UN NOUVEAU TYPE DE LIGANDS LARGE SPECTRE A LA SURFACE DES BIOPUCES (les peptides anti-microbiens), afin de détecter la présence des bactéries à l'aide d'un faible nombre de sondes différentes (moins d'une dizaine). Enfin, un dernier aspect important du projet repose sur l'incorporation, sur ces mêmes biopuces, de SONDES SPECIFIQUES (anticorps, phages et/ou aptamères) CIBLANT LES PATHOGENES DU GROUPE « ESKAPEE », qui comprend les bactéries les plus fréquemment isolées dans les bactériémies et potentiellement les plus résistantes comme certaines entérobactéries ou encore le Staphylocoque doré. Une prise en charge adaptée doit être choisie si leur présence est confirmée. De cette manière, le projet BacUS répond à différentes demandes importantes liée au diagnostic médical des bactériémies à savoir : une réponse plus rapide sur la présence d'un pathogène bactérien, une identification claire d'un pathogène du groupe « ESKAPEE » et un coût de mise en oeuvre maitrisé par rapport aux solutions actuellement disponibles.
Le projet BacUS s'appuie sur une consortium de trois partenaires : le partenaire 1 (coordinateur) a une expertise reconnue dans l'utilisation de la SPRi pour la détection de molécules, bactéries et cellules, ainsi que dans la mise en oeuvre de ligands (protéines, peptides et aptamères) ; le partenaire 2 est expert dans la synthèse et la caractérisation de motifs peptidiques ainsi que de leur utilisation à des fins diagnostiques ; le partenaire 3 est un laboratoire de bactériologie réalisant près de 500 analyses par jours pour le CHU de Grenoble, et est également impliqué dans la qualification de nouvelles méthodes de diagnostic des bactériémies.
En plus d'une tâche générale liée au suivi et à la supervision du projet, BacUS comprend quatre autres tâches, de complexité croissante et convergentes en fin de projet afin de qualifier cette nouvelle approche sur des échantillons sanguins humains. La prise de risque du projet dans son ensemble est relativement maîtrisée car les partenaires ont déjà acquis des résultats préliminaires encourageants.
Enfin, le projet BacUS s'inscrit complètement dans le Défi "Vie, santé et bien-être", et notamment sous l'axe 9 "Technologies pour la santé". D'une manière plus générale, le projet répond également à des demandes de soins plus performants (maitrise du coût et de la durée de l'analyse) régulièrement recommandées par nos autorités de santé.

Coordination du projet

Yoann Roupioz (Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

DCM DEPARTEMENT DE CHIMIE MOLECULAIRE
SyMMES Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé
Laboratoire de Bactériologie

Aide de l'ANR 324 523 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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