Cultiver des bactéries qui améliorent la santé

Un potentiel bien caché

L’intestin humain est colonisé de trillions de bactéries interagissant les unes avec les autres que l’on nomme le microbiote. Cet écosystème complexe et dynamique est unique d’une personne à l’autre et se transforme au gré de l’alimentation, des changements hormonaux et de nombreux autres facteurs. L’intestin est un environnement changeant, qui évolue dans le temps et l’espace, tout en entretenant une relation intrinsèque avec le système immunitaire. Un microbiote déséquilibré est non seulement associé à certaines maladies comme le cancer, mais peut aussi interférer lors de traitements.

Les bactéries composant le microbiote sécrètent des substances à haut potentiel d’activité contre l’infection, l’inflammation et le cancer. Le microbiote représente donc une source thérapeutique peu explorée à ce jour et pourrait mener à une nouvelle ère de découverte de médicaments.

Toutefois, la culture de ces bactéries pose de sérieux défis. À ce jour, les techniques classiques d’isolation et d’incubation de ces bactéries n’arrivent qu’à en faire croître une très faible proportion (de l’ordre de 1 %), laissant le reste d’entre elles dans l’ombre. En effet, l’environnement de l’intestin est littéralement impossible à reproduire en laboratoire en raison des échanges chimiques entre mêmes et différentes espèces, de la variation dans l’apport de nutriments et minéraux et de l’évolution qui survient dans cet environnement complexe.

Capsule d’acclimatation des microorganismes

Dans notre laboratoire, nous cherchons à créer des technologies de culture in situ, c’est-à-dire dans le corps humain, pour contourner cet obstacle et augmenter nos connaissances sur l’interconnectivité du microbiote humain. Notre objectif est d’isoler certaines cellules et de les ensemencer dans une capsule d’acclimatation de microorganismes. Ces capsules ingérables offriraient un environnement protecteur aux cellules incubées en leur permettant d’échanger des signaux tout en empêchant la migration de cellules de l’intérieur vers l’extérieur et vice versa. La capsule permettrait de les isoler tout en leur fournissant un environnement optimal.

Afin de favoriser la culture de cellules à croissance plus lente, des hydrogels ou autres biomatériaux peuvent être insérés dans la capsule afin d’isoler les souches bactériennes les unes des autres. Nos résultats préliminaires montrent que ces deux approches sont plus efficaces que la culture en laboratoire.

Défis à surmonter

La première difficulté rencontrée pour encapsuler les bactéries du microbiote est leur faible tolérance à l’oxygène (microorganismes anaérobies strictes). La moindre exposition à l’air ambiant pose donc un risque sur la survie de celles-ci. Aussi, la porosité de la capsule doit être bien adaptée : la capsule doit empêcher les bactéries extérieures de pénétrer tout en permettant aux signaux émis par les bactéries de communiquer avec l’extérieur. À noter que les intestins constituent un environnement très difficile, comportant des contraintes mécaniques et des pressions à supporter. La capsule se doit donc d’être robuste malgré sa porosité.

Conclusion

Des traitements contre différentes pathologies attendent d’être découverts bien cachés dans notre intestin. L’exploitation du microbiote passe obligatoirement par des techniques de culture plus efficaces, qui permettent d’explorer la diversité de cet environnement très prometteur.