Un système microfluidique innovant pour le phénotypage subcellulaire dynamique des interactions hôte-pathogènes couplé à l'analyse 'omique' sur cellules uniques – DynamicHostPathOMICs

Le profilage de l'expression génique de cellules uniques intégrant des informations spatiales révolutionne la recherche biomédicale et a été élu "méthode de l'année" en 2022 par la revue scientifique de premier plan Nature Methods. Cette technologie s'est avérée particulièrement utile pour comprendre les interactions hôte-pathogène (virus, bactéries, parasites) à un niveau de détail sans précédent, en particulier pour comprendre comment la localisation spécifique d'un pathogène dans une cellule infectée conduit à une reconnaissance immunitaire distincte. Ces études guident le développement de nouvelles stratégies antimicrobiennes ou permettent de comprendre comment les pathogènes émergents échappent à la reconnaissance immunitaire. Néanmoins, la combinaison de méthodes spatiales sur cellule unique avec des modèles d'infection cellulaire reste un défi, notamment en raison de la nécessité de comprendre les interactions hôte-pathogène à une résolution subcellulaire et de la nature dynamique de tout processus d'infection. Ce problème peut être résolu grâce à la technologie de cellules uniques développée par la startup parisienne Minos Biosciences. La technologie de Minos intègre, à la résolution d'une cellule unique et à haut débit, le phénotypage dynamique par imagerie optique couplé à une caractérisation "Omique" (telle que la transcriptomique / ARNseq sur cellule unique) par séquençage de nouvelle génération (NGS). Pour le phénotypage dynamique, il est possible d'adapter des biocapteurs fluorescents de localisation de pathogènes générés à l'Institut Pasteur pour des mesures séquentielles, en conjonction avec les outils développés par Minos. Ces biocapteurs rendent compte des taux de croissance des pathogènes ainsi que de la localisation intracellulaire précise des pathogènes bactériens invasifs à la résolution d'une seule bactérie. Nous proposons ici d'exploiter la technologie de Minos d’analyse couplée de cellules uniques, et de la perfectionner pour la rendre compatible avec le suivi dynamique des interactions hôte-pathogène à une résolution subcellulaire dans des environnements de biosécurité confinés (BSL2 et BSL2+). Notre objectif est d'obtenir des protocoles robustes pour le phénotypage optique à une résolution allant jusqu'à 500 micromètres et à grande vitesse, couplé à l’analyse "Omique". Nous utiliserons principalement l'invasion des cellules épithéliales et des macrophages professionnels par les cellules hôtes de Salmonella comme modèles idéaux en raison de la disponibilité de biomarqueurs spécifiques des stades de l'infection et de son importance pour la santé publique et la sécurité alimentaire. Un défi particulier dans la lutte contre l'infection à Salmonella est le phénotype intracellulaire rare, mais pertinent, des pathogènes dormants qui échappent aux traitements antimicrobiens et qui sont capables de former des infections persistantes. En tirant pleinement parti de l'expertise des partenaires en matière de conception de puces microfluidiques, d'infection par Salmonella au niveau cellulaire et de capacités d'intégration de données Omiques complexes sur des cellules uniques, nous révélerons comment les niches intracellulaires de Salmonella induisent des réponses immunitaires distinctes chez l'hôte, en mettant particulièrement l'accent sur la sous-population pathogène dormante. Les technologies améliorées pour le phénotypage robuste de cellules uniques intégrant l'analyse "Omique" à une résolution subcellulaire qui seront réalisées dans le cadre de notre projet seront utiles pour de nombreuses applications dans le domaine de l'infection ainsi que dans d'autres domaines, tels que la recherche sur le cancer.