Comment les scientifiques se préparent à un monde sans antibiotiques ?

Comment les scientifiques se préparent à un monde sans antibiotiques ?

5 stratégies pour battre la résistance aux antibiotiques

Les médicaments qui nous ont protégés contre les bactéries virulentes depuis plus de soixante-dix ans perdent lentement leurs limites et nous avons besoin de nouvelles armes. Les bactéries qui causent des maladies deviennent imperméables aux antibiotiques qui les ont autrefois effacées, y compris certains médicaments considérés comme un dernier recours.

Les bactéries résistant aux antibiotiques infectent au moins 2 millions de personnes chaque année aux États-Unis, tuant 23 000 personnes. Certains chercheurs estiment que, s'ils ne sont pas contrôlés, des superbes tuent 10 millions de personnes chaque année et coûtent 100 000 milliards de dollars à l'économie mondiale d'ici l'an 2050.

"Beaucoup de choses que nous tenons pour acquis en ce moment, comme dire une C-section ou un remplacement de la hanche ou une transplantation d'organe ... sans avoir d'antibiotiques, ce genre de choses deviendra vraiment difficile", explique François Franceschi, un agent de programme pour Développement thérapeutique dans la branche bactériologie et mycologie de l'Institut national d'allergie et de maladies infectieuses.

Ceux qui ont des systèmes immunitaires affaiblis seraient particulièrement vulnérables, mais n'importe qui pourrait être à risque dans un monde post-antibiotique. "Les gens parlent du potentiel d'une ère post-antibiotique où les antibiotiques que nous avons disponibles ces jours-ci ne fonctionnent pas contre les infections simples comme une petite blessure ou une coupe", explique César de la Fuente, un bio-ingénieur au MIT.

Pour lutter contre les bactéries résistantes, nous nous tournons vers de nouveaux alliés tels que des virus qui n'attaquent que les bactéries, les nanoparticules et les minuscules protéines en fonction de celles produites par les systèmes immunitaires de différents organismes. Chaque outil présente des avantages et des inconvénients, de sorte que les chercheurs explorent de nombreuses approches.

"Beaucoup de gens dans le domaine ont maintenant essayé de chercher des stratégies alternatives qui s'ajoutent à notre arsenal", explique Timothy Lu, également du MIT. Ce n'est pas que l'un d'entre eux soit lui-même la balle argentée qui va guérir les bactéries pour le reste de notre vie, mais plus pour pouvoir trouver le problème de différentes façons. "

Voici quelques-unes des façons dont nous allons envoyer nos nouveaux alliés dans la lutte contre la surchauffe.

Désarmer les envahisseurs

Les bactéries ne doivent pas nécessairement être tuées pour être neutralisées. Certains traitements attaquent indirectement les germes en ciblant les armes qui les rendent virulentes. "La bactérie sera toujours là, mais les conséquences de l'infection ne seront pas sévères, ce qui donnera au système immunitaire ... une chance de lutter contre cette infection", explique Franceschi.

Si votre médicament ne tue pas réellement les bactéries, ils ont moins d'incitation à évoluer contre cette résistance. "Le développement de la résistance va prendre beaucoup plus longtemps car la bactérie ne combat pas activement", explique Francsechi.

De nombreuses bactéries sécrètent des toxines qui endommagent les cellules de leur hôte. Un type commun s'appelle toxines formant des pores, qui perforent les trous dans les cellules. Ils sont produits par MRSA, Escherichia coli, Listeria, les bactéries qui causent l'anthrax et le venin des serpents, des scorpions et des anémones marines.

Liangfang Zhang a trouvé un moyen d'annuler ces toxines. "Vous enlevez l'arme [et], ils peuvent devenir beaucoup plus faibles", explique Zhang, nano-ingénieur de l'Université de Californie à San Diego. Il abrite des nanoparticules avec des membranes cibles irrésistibles, arrachées à partir des globules rouges. La coquille des globules rouges agit comme un leurre, dessinant des toxines qui, autrement, attaqueront des cellules saines. "Ils servent d'éponge à aspirer toutes ces toxines", dit Zhang.

Dans leur première exploration, les nanosponges ont absorbé les toxines sans nuire aux souris. Cette année, le travail de Zhang avec les nanoparticules comme leurres a été l'un des 24 projets financés par les National Institutes of Health. Il espère commencer les essais cliniques chez l'homme l'année prochaine à deux.

Les nanoparticules, souvent fabriquées à partir de plastiques ou de métaux comme l'argent, peuvent également nuire aux bactéries en perturbant leurs membranes cellulaires protectrices ou en causant des dommages à l'ADN. Les nanoparticules sont faciles à utiliser car elles se construit essentiellement. "Vous contrôlez la température, vous contrôlez le solvant et ainsi de suite, ces molécules se rassemblent automatiquement dans la nanoparticule", dit Zhang.

Les nanoparticules peuvent être plus coûteuses que les antibiotiques traditionnels. Et les diriger vers le bon endroit dans un corps est également un défi. Une autre préoccupation est de s'assurer que les nanoparticules sont fabriquées à partir de matériaux qui ne déclencheront pas une réponse immunitaire immédiate et se décomposeront avec le temps afin qu'ils ne s'accumulent pas dans le corps.

"Il existe encore des questions en cours sur la sécurité à long terme de certaines de ces choses", dit Lu. "Cela étant dit, je pense que l'utilisation de nanoparticules peut vraiment avoir un effet antimicrobien très puissant".

Livraison spéciale

Des thérapies alternatives peuvent également être utilisées pour rendre les antibiotiques existants plus efficaces. Les scientifiques étudient comment utiliser les nanoparticules pour délivrer des médicaments contre le cancer et des antibiotiques.

Les antibiotiques se propagent dans tout le corps et sont toxiques à fortes doses. Avec les nanoparticules, vous pouvez déployer des résultats concentrés de médicaments. Des milliers de molécules de médicament peuvent être farcies à l'intérieur d'une seule nanoparticule.

"Ils peuvent facilement se tenir à la membrane et libérer constamment le médicament directement sur la bactérie", a déclaré Zhang. Cela signifie qu'un fret plus large et plus efficace peut être utilisé sans augmenter la dose totale de médicament.

"Cela peut entraver les mécanismes de résistance des bactéries, car ils n'ont pas développé de mécanismes de résistance contre cette tempête de drogue", a déclaré Zhang.

Un problème avec les nanoparticules, et de nombreux autres outils, c'est que le système immunitaire les considère comme une menace. "La taille ressemble beaucoup aux virus", dit Zhang. «Notre corps est formé pour éliminer ces nanoparticules ou virus si vous ne les protégez pas».

Zhang et ses collègues ont camouflé des nanoparticules dans des vestes fabriquées à partir de membranes de plaquettes - fragments de cellules qui aident le caillot de sang. "De l'extérieur, il ressemble à une mini cellule", dit Zhang.

Certaines bactéries sont attirées par les plaquettes, qu'elles détournent pour se masquer du système immunitaire. Les nanoparticules revêtues de plaquettes tournent la table sur ces bactéries, attirant les interlocuteurs uniquement pour les exploser avec des médicaments.

"Toutes les nanoparticules vont spécifiquement à la bactérie et libèrent le médicament", explique Zhang. Il a utilisé les particules revêtues de plaquettes pour traiter les souris infectées par une souche de SARM, qui résiste à de nombreux antibiotiques.

Attaque directe

Parfois, cependant, aucun subterfuge n'est nécessaire. Beaucoup de solutions de rechange aux antibiotiques traditionnels peuvent tuer complètement les bactéries. Une stratégie consiste à concevoir des versions artificielles de peptides antimicrobiens (AMP), qui font partie de la réponse immunitaire innée chez les microbes, les plantes et les animaux (comme les démons de Tasmanie ). Ces composés attaquent la membrane d'un agent pathogène et peuvent également causer des ravages à l'intérieur de la cellule.

Dans un projet récent, de la Fuente a collaboré avec Lu et d'autres personnes pour sélectionner une AMP non toxique découverte chez des animaux marins simples appelés tuniciers. L'équipe a ajouté quelques acides aminés à ce modèle, améliorant sa capacité à traiter les souris infectées par des E. coli et des SARM résistants aux antibiotiques. L'AMP souple a également galvanisé le système immunitaire des rongeurs en apaisant l'inflammation et en appelant à la sauvegarde sous forme de globules blancs.

Les peptides antimicrobiens peuvent vaincre un large éventail d'agents pathogènes, et les bactéries ont du mal à développer leur résistance. "Par rapport aux antibiotiques conventionnels, ces peptides sont plus efficaces dans de nombreux cas", a déclaré M. De la Fuente.

Les AMP sont fabriquées à partir de séquences relativement courtes d'acides aminés, les éléments constitutifs des protéines. Cela les rend faciles (bien que coûteux et coûteux) à construire. "Nous devons encore réduire le coût", dit de la Fuente. Les chercheurs explorent les moyens de construire des AMP à moindre coût en programmant des microbes pour les fabriquer au lieu de compter sur une machine.

Cependant, il est préoccupant que les AMP puissent activer les cellules hôtes. Et comme pour de nombreuses alternatives aux antibiotiques, les envoyer au bon endroit à une concentration suffisamment élevée pour être efficace est également un défi. "Ce qui est plus faisable à court terme est probablement une application topique", dit de la Fuente. "Nous formulerions ces peptides dans, par exemple, une crème que vous pourriez appliquer [si] vous avez une infection cutanée ou une plaie ouverte". Ils pourraient également être utilisés pour habiller des tables, des ordinateurs, des instruments chirurgicaux ou des cathéters pour les empêcher de Être colonisé par des germes.

Ré-sensibilisation

Une autre façon d'affaiblir les bactéries consiste à éliminer la résistance qu'ils ont cultivée contre les antibiotiques. Les virus qui sont spécialisés pour se nourrir de bactéries, appelées bactériophages, peuvent être exploités pour ces missions.

Les phages sont des tueurs de bactéries extrêmement efficaces, mais les chercheurs peuvent utiliser l'ingénierie génétique pour leur donner de nouvelles compétences pour combattre et restaurer la sensibilité des bactéries aux médicaments traditionnels.

Les phages reprogrammés peuvent se bloquer sur des bactéries portant des gènes qui confèrent une résistance aux antibiotiques, en effaçant cette capacité ou en tuant les bactéries. Avec les germes résistants éliminés ou désamorcés, la population restante est vulnérable aux antibiotiques.

D'autre part, les bactéries résistent aux antibiotiques en sécrétant des composés qui créent une barrière appelée biofilm que les médicaments ne peuvent pas pénétrer. Les phages peuvent être conçus pour mâcher le biofilm (le peptide antimicrobien redessiné de Lu et de la Fuente est également prometteur pour le rebut du biofilm).

Dans la nature, les phages peuvent massacrer les bactéries directement. "Certains phages vont introduire leur ADN dans la bactérie et pour se libérer ... il suffit de mâcher le mur cellulaire, par exemple, et d'exploser la cellule", dit Lu. D'autres agissent comme des auto-stoppeurs parasites.

Les phages modifiés peuvent également éliminer les bactéries. "Ce que nous avons fait, c'est essayer d'engendrer des phages qui peuvent entrer dans une bactérie et les tuer de manière très ciblée", dit Lu. "Vous pouvez introduire de nouvelles fonctions dans les phages pour en faire des agents antimicrobiens plus puissants".

Les phages ont effectivement été découverts il y a environ 100 ans. Ils ont été éclipsés par des antibiotiques aux États-Unis, même si certaines régions d'Europe de l'Est ont continué à les utiliser. Actuellement, il n'existe pas de phages approuvés par la FDA, bien que des essais cliniques soient en cours. Les phages semblent être aussi efficaces que les antibiotiques dans le traitement des humains, bien qu'il n'existe pas encore de données cliniques pour confirmer cela.

L'un des avantages de ces virus est qu'ils peuvent en faire plus (comme les virus ne le font pas une fois placés à l'intérieur d'un hôte). "Vous pouvez mettre une petite quantité dans et tuer beaucoup de bactéries", dit Lu. Et parce qu'ils ont besoin de cellules bactériennes vivantes pour se reproduire, il est peu probable qu'ils se tiennent une fois que leurs hôtes ont été anéantis.

Cependant, comme d'autres alternatives, les phages peuvent déclencher le système immunitaire. "Si vous injectez un virus ou un peptide étranger dans une personne, il y a toujours une chance qu'il y ait une réaction", dit Lu. Un autre souci est que certains phages peuvent prendre des gènes liés à la résistance aux antibiotiques et les transférer à d'autres bactéries.

Mais il est peu susceptible de nuire aux tissus humains. "Les phages ne se reproduisent pas dans les cellules humaines, et je n'ai vu aucun rapport où ils ont eu des conséquences négatives", dit Lu. "Il y a déjà des tonnes de phages à l'intérieur de nous, ce n'est pas comme si cela nous était étranger".

Une touche personnelle

Certaines thérapies alternatives peuvent être adaptées pour lutter contre les germes spécifiques. Ici encore, les phages sont des candidats idéaux. "Ils sont essentiellement l'ennemi naturel des bactéries", dit Lu. Généralement, "si vous trouvez une bactérie, vous pouvez trouver un phage contre elle".

Les antibiotiques traditionnels tuent souvent des bactéries indifféremment, y compris celles du microbiome naturel de notre corps qui jouent un rôle clé dans notre santé. Cela peut laisser une ouverture pour les opportunistes comme Clostridium difficile pour coloniser le corps. "Vous ne voulez pas tapoter la bombe et tuer toutes les bactéries", dit Franceschi.

Les virus offrent une approche plus personnalisée. "Vous pouvez essayer d'épargner les bonnes bactéries ... tout en pouvant tuer les mauvaises bactéries", dit Lu.

Mais cette spécificité est une épée à double tranchant. Pour couvrir suffisamment de bactéries différentes qui pourraient infecter un patient, de multiples virus devront être mélangés dans un cocktail. Et, alors que les phages ne sont pas particulièrement coûteux à se développer, les cocktails liés à de nombreux virus rendent la fabrication plus compliquée. "La façon traditionnelle de faire cela a été d'aller dans la nature et de trouver tous les différents phages et de les mélanger", dit Lu. «Cela pose de nombreux défis en termes de développement pratique».

Lu travaille sur un projet financé par les NIH pour faire des cocktails pleins de phages construits à partir de l'échafaudage sécurisé. En modifiant la région qui dicte ce qu'est qu'un phage infecte, vous pouvez cibler différentes bactéries sans modifier le reste du virus. "Cela vous permet de prendre des phages et de les pointer dans des directions différentes", dit Lu. "C'est l'un des derniers obstacles pour la thérapie de phage à se répandre, la capacité de faire une sorte de cocktail bien défini et de l'accorder afin qu'il ira après les bactéries qui vous intéressent".

Même ainsi, il est difficile d'élaborer un médicament sur mesure sans savoir ce qui cause une infection. "Si vous allez chez un médecin, ils ne se sentiront pas confiants de vous donner un traitement de spectre étroit si ils ne savent pas réellement ce qu'est la bactérie", dit Lu.

Les médecins ont besoin d'un diagnostic plus rapide afin qu'ils puissent déterminer les bactéries qu'ils suivent et si elles résistent aux antibiotiques traditionnels. Lu et ses collègues ont conçu des phages pour des diagnostics rapides et bon marché. Lorsqu'ils infectent leurs bactéries cible, ils s'allument en produisant la même protéine que les lucioles utilisent. Exposez les phages à l'échantillon de votre patient et "vous pouvez simplement lire si l'échantillon est brillant ou non, et vous savez si cette bactérie était présente dans cet échantillon", dit Lu.

Les médecins peuvent ensuite utiliser des thérapies sur mesure, qu'ils soient fabriqués à partir de phages ou d'autres outils. "Vous avez vraiment besoin de cette option de diagnostic ou aucune vision de l'existence d'antimicrobiens à spectre étroit ne fonctionnera", dit Lu.

Un arsenal diversifié

Ce ne sont pas les seules armes que nous ajoutons à notre cache. Les chercheurs explorent également d'autres options, comme l' envoi d'autres bactéries pour lutter contre les agents pathogènes, en continuant à chercher de nouveaux antibiotiques (souvent inspirés des composés utilisés par les bactéries pour se tuer à l'état sauvage), et en utilisant des anticorps , entre autres choses.

"Vous ne pouvez pas simplement compter sur une seule technologie, ou une chose, pour éradiquer tout le problème", dit Zhang. S'attaquer à des superbactéries de plusieurs angles, parfois même en combinant de nouvelles tactiques avec des thérapies traditionnelles, donnera aux médecins les options à choisir.

Il faudra quelques années avant que ces nouveaux outils ne soient utilisés pour une utilisation répandue. Et pendant un certain temps, ces antimicrobiens alternatifs seront dirigés vers des cas où les antibiotiques ne fonctionnent plus. "Les antibiotiques, lorsqu'ils travaillent, sont si peu coûteux et si géniaux que je pense que les cliniciens doivent s'éloigner de ce gros serait vraiment difficile", dit Lu. "À long terme, mon espoir ... est vraiment qu'il remplacera un grand nombre d'antimicrobiens à large spectre parce que ... l'agitation de notre microbiome est mauvaise pour nous de plusieurs manières différentes, et je pense que la seule solution pour cela est vraiment d'arriver à Thérapie ciblée ".

L'envoi d'un éventail diversifié d'armes contre les bactéries ralentira le développement de la résistance - l'utilisation étendue des antibiotiques individuels a rendu relativement simple pour les bactéries qu'ils visent à évoluer les défenses - mais cela n'empêchera pas le problème.

"Les bactéries sont essentiellement très plastiques et très bien équipées pour évoluer très rapidement", explique Franceschi. "Les bactéries continueront d'évoluer et vous aurez toujours besoin de quelque chose de nouveau".

Avantages du silicium sur la croissance des plantes

Avantages du silicium sur la croissance des plantes 

Le silicium est le septième élément le plus abondant de l'univers et le deuxième élément le plus abondant de la planète, après l'oxygène, représente environ 25 pour cent de la croûte terrestre.

Le silicium est l'un des éléments les plus utiles pour l'humanité. Il est utilisé pour fabriquer des dynamo, des blocs de moteurs, des machines-outils, des silicones, comme composant crucial de la microélectronique et des puces informatiques, comme composante la plus commune du sable et de l'élément vital à la fois dans les plantes et les animaux.

Comme il existe dans la croûte terrestre, de nombreuses plantes peuvent l'accumuler en grandes concentrations, en quantités semblables aux macronutriments. Malgré les avantages abondants dans l'agriculture, le Si n'est généralement pas considéré comme un élément essentiel de la plante. Dans la nature, le silicium se produit sous forme d'oxyde (silice) et de silicates, dans lequel il est utilisé dans les engrais.

La plante assimile le silicium à travers les racines comme acide silicique. À l'intérieur de la plante, il se déplace vers des points de croissance actifs, où il se complexifie avec un composé organique dans les parois cellulaires et les rend plus forts.

Les effets bénéfiques de Si sur les plantes ont été démontrés par de nombreuses études utilisant des pots, des essences hydroponiques et des expériences sur le terrain. Le silicium améliore la croissance et le rendement de toutes les cultures annuelles et végétales, favorise une croissance verticale (tiges plus fortes et plus épaisses, des entraves plus courts), évite l'hébergement, favorise une exposition favorable des feuilles à la lumière, procure une résistance aux maladies bactériennes et fongiques et diminue le stress abiotique lorsque les températures, La salinité, la toxicité des métaux lourds et de l'aluminium.

Selon les recherches scientifiques, le silicium augmente la résistance des plantes à de nombreuses maladies végétales telles que l'oïdium, la septoria et les yeux et aussi de nombreux insectes nuisibles. Le silicium a un effet positif sur le rendement de la biomasse sous irrigation déficitaire. Les plantes soumises à un brouillon, traité avec du silicium, ont maintenu une conductivité stomatique plus élevée, une teneur relative en eau et un potentiel hydrique. Cela aide les feuilles à devenir plus grandes et plus épaisses, limitant ainsi la perte d'eau par la transpiration et réduit la consommation d'eau.

Le silicium présente une grande influence sur le développement des racines des plantes, ce qui permet une meilleure résistance des racines dans les sols secs et leur croissance plus rapide.

Le silicium est ajouté aux plantes comme engrais, qui peut être à l'état liquide ou solide (par exemple Biacsil, Silifert, Nitrosil), généralement appliqué au moment de la plantation, mais peut être appliqué à tout moment pendant la saison de croissance.

Les engrais à base de silicium dans l'agriculture ne sont toujours pas répandus et sont considérés comme une technologie agricole moderne, côte à côte avec des engrais microbiologiques. Comme c'est un élément naturel, les engrais à base de silicium peuvent utiliser tous les agriculteurs, qu'ils exercent l'intégration, l'agriculture conventionnelle ou biologique. Peu importe le type d'agriculture, l'utilisation d'engrais à base de silicium agricole peut enregistrer dans le système Agrivi. Il leur permet de suivre les quantités dépensées d'engrais par toutes les productions végétales, par tous leurs champs et aussi par son coût.

Vous recherchez une vie extraterrestre à base de silicium?

Vous recherchez une vie extraterrestre à base de silicium? Ne prenez pas votre souffle.

Les bactéries ont un carbone lié et du silicium pour la première fois. Que peuvent-ils nous enseigner?

Ici sur terre, le silicium est le matériau des roches et du verre et des jetons d'ordinateur. Il apparaît également dans la vie - dans les plantes et les coquilles des diatomées d'algues, et comme des traces dans notre corps. Mais la vie telle que nous la connaissons ne fait pas autant usage de cet élément.

L'ingrédient clé de la vie sur Terre est plutôt le carbone. Nos cellules sont assemblées à partir d'un ensemble vertigineux de molécules fabriquées à partir de squelettes de carbone attachées à quelques autres éléments.

Mais le silicium semble être un bon candidat. "Si vous êtes une forme de vie et que vous voulez exister quelque part, vous voulez prendre les blocs de construction communs et facilement accessibles. C'est du carbone, bien sûr, et dans une certaine mesure, c'est aussi du silicium », explique Dirk Schulze-Makuch, un astrobiologiste de l'Université technique de Berlin.

Science fiction aime spécule sur les extraterrestres qui utilisent du silicium au lieu d'un vieux charbon ennuyeux. Maintenant, les scientifiques ont réussi à inciter les cellules vivantes à relier les deux éléments ensemble pour la première fois. Lorsqu'il est fourni avec des composés à base de silicium, une protéine normalement trouvée dans les bactéries des sources thermales islandaises peut former des molécules avec des liaisons carbone-silicium dans les cellules vivantes, ont révélé les chercheurs le 25 novembre dans Science.

«Quelque chose qui existe dans la nature est déjà prêt à faire cette chimie entièrement nouvelle, et à le faire relativement bien», explique la co-traitatrice Frances Arnold, ingénieur chimiste à l'Institut de technologie de Californie à Pasadena. "Il ouvre un chemin vers des composés que la nature n'a jamais faite auparavant. Ensuite, vous pouvez explorer les coûts et les avantages qu'ils offrent aux systèmes de vie. "

La vie basée sur le silicium ne pouvait pas la pirater sur notre planète. Mais les scientifiques peuvent imaginer des endroits dans l'univers pour lesquels ils pourraient être mieux adaptés et explorer ce qui se passe lorsque nous commençons à introduire la biochimie du silicium sur terre.

Où les règles du carbone

Le carbone et le silicium partagent des similitudes chimiques. "C'est juste en dessous du carbone sur le tableau périodique, donc il a quelques-unes des mêmes propriétés que le carbone", explique Schulze-Makuch. Comme le carbone, le silicium peut se lier à quatre atomes à la fois, ce qui le rend comme un bloc de construction attrayant pour les grandes molécules complexes comme l'ADN et les protéines.

Et il y a beaucoup de silicium pour aller autour; Il représente près de 30 pour cent de la croûte terrestre, ce qui en fait le deuxième élément le plus abondant après l'oxygène.

Alors, pourquoi la vie basée sur le silicium n'existe-t-elle pas sur Terre?

Fondamentalement, la Terre a juste les bonnes conditions pour que la vie dominée par le carbone prospère, alors que la vie basée sur le silicium aurait du mal à obtenir un intérêt.

Le carbone pur peut exister sur Terre sous forme de graphite ou de diamants. «C'est stable, il ne réagit pas immédiatement avec l'oxygène», dit Schulze-Makuch. Lorsque les composés contenant du carbone sont brûlés et réagissent avec l'oxygène, ils forment du dioxyde de carbone, qui peut être utilisé par la vie.

Le silicium, d'autre part, n'est pas trouvé par lui-même. Lorsque le silicium rencontre de l'oxygène - qu'il soit flottant dans l'air ou dans l'eau - il attrapera l'oxygène et produira des silicates. Ce sont des composés contenant du silicium et de l'oxygène et forment la plupart des roches et des minéraux sur Terre. "Dès que vous avez de l'oxygène avec lui ou de l'eau ... vous avez un rock et rien ne se produit plus", dit Schulze-Makuch.

Et, alors que l'eau est vitale pour la vie sur Terre, la vie basée sur le silicium ne pourra pas l'utiliser de la même manière. Sa biochimie devrait compter sur une autre molécule (peut-être le méthane) pour plusieurs de ses fonctions.

"Le silicium est tout autour, mais il est attaché dans les roches ... avec ces très fortes liaisons silicium-oxygène que les systèmes vivants devraient casser afin d'utiliser le silicium", dit Arnold. "Et puis, une fois qu'ils ont utilisé du silicium, peut-être que ces composés ne sont même pas stables dans les conditions de la Terre".

Donc, malgré leurs similitudes, le silicium et le carbone se comportent différemment. "Ce n'est pas un remplacement identique par aucun moyen", dit Arnold. "La vie dans des conditions normales sur cette planète ne fonctionnerait probablement pas avec le silicium".

Mais la vie à base de silicium pourrait-elle s'épanouir ailleurs?

Le domaine du silicium

La température de surface de Titan, la plus grande lune de Saturne, est une frigide de -290 ° Fahrenheit. La lune a peu d'oxygène - toute l'eau est gelée - mais le méthane liquide coule dans des rivières et des lacs étranges. Les composés à base de silicium (appelés silanes) qui pourraient créer des cellules exotiques devraient être stables dans ces conditions.

Donc, à première vue, Titan semble être un attrayant immobilier pour les étrangers à base de silicium. "Mais le problème avec Titan est qu'il y a tellement de carbone, il y a encore plus de carbone que sur Terre", dit Schulze-Makuch. "Nos modèles indiquent jusqu'à présent qu'il n'y a pas beaucoup de silicium".

Le silicium qui existe sur Titan est enterré profondément près du noyau de la lune. "Pour avoir plus de vie basée sur le silicium, vous devriez l'avoir à la surface [et] disponible", dit Schulze-Makuch. "Mais vous pourriez imaginer certaines planètes ou des lunes ou des scénarios où cela pourrait être le cas".

Les scientifiques ont également spéculé sur la vie construite à partir de silicates rocheux qui pourraient habiter dans la chaleur extrême des chambres de magma, dit-il.

Une autre possibilité serait des étrangers siliconés qui ne remplacent pas simplement le carbone au silicium. Ces étrangers utiliseraient plutôt des molécules qui combinent les deux. Les matériaux avec des liaisons carbone-silicium ont déjà été trouvés dans l'espace ", mais ils sont très rares, il y a [beaucoup] plus de composés du carbone", dit Schulze-Makuch. "La vie aurait probablement encore du mal".

La vie qui repose sur le silicium (plus qu’Earthlings do) pourrait être là-bas, mais il est peu probable qu'il s'agisse d'événements courants. "Je pense que ce serait très rare, mais je peux imaginer qu'il existera quelque part", dit Schulze-Makuch.

Perspectives terrestres

Le nouveau travail d'Arnold et de ses collègues pourrait offrir des indices sur la manière dont la vie terrestre a évolué pour utiliser si peu de silicium.

Lorsqu'ils ont d'abord utilisé des bactéries Escherichia coli conçues pour produire la protéine qui pourrait fabriquer des liaisons carbone-silicium, le processus n'était pas très efficace. Mais après quelques mutations, les enzymes ont fouetté des molécules de silicium organiques 15 fois plus efficacement que les moyens chimiques utilisés dans le laboratoire. Ils ont produit vingt composés, tous stables.

Donc, les enzymes n'ont pas besoin de beaucoup d'encouragement pour fabriquer des liaisons carbone-silicium. Pourtant, il ne se passe probablement pas dans la nature. "Vous pourriez discuter, dis-je, il est si facile pour un système biologique de le faire, comment savez-vous que cela ne se fait pas là-bas?" Dit Arnold. "Nous ne savons pas vraiment, mais c'est très improbable." Les composés à base de silicium qu'elle et son équipe ont donné la bactérie afin qu'ils puissent fabriquer ces nouveaux produits fabriqués par l'homme; Les bactéries ne les rencontreraient normalement pas dans leur environnement.

Mais ces liaisons carbone-silicium filées en laboratoire sont loin d'être frivoles. Nous pourrions utiliser des méthodes similaires pour contraindre les bactéries à fabriquer des produits dont nous avons besoin.

Bien qu'aucune forme de vie ne soit connue pour forger naturellement des liaisons carbone-silicium, nous trouvons des moyens de fabriquer ces composés tout le temps. Les molécules qui se lient au carbone et au silicium se présentent dans de nombreux produits, des produits pharmaceutiques à l'électronique. Ceux-ci doivent être fabriqués en laboratoire, mais Arnold espère que l'utilisation de microbes pour rendre ces composés serait moins chère et plus respectueuse de l'environnement, n'utiliserait pas de métaux précieux et pourrait se produire à température ambiante.

"Une enzyme peut faire ce que les chimistes pensaient seulement qu'ils pouvaient faire", dit Arnold. Et en plus d'obtenir une meilleure façon de créer des choses que nous utilisons déjà, nous pourrions découvrir de nouveaux matériaux.

"La liaison chimique pourrait apparaître dans des milliers et des milliers de molécules différentes, dont certaines pourraient être utiles", dit Arnold. "Ils sont tous des entités chimiques complètement nouvelles qui sont facilement disponibles maintenant, en demandant aux bactéries de les fabriquer".

Les chimistes peuvent étudier ce qui se passe lorsque le silicium est introduit dans les cellules vivantes. "On pourrait supposer que nous pourrions fabriquer des composants de la vie qui incorporent du silicium - peut-être des graisses de silicium ou des protéines contenant du silicium - et demandez-vous, qu'est-ce que la vie fait avec ça?" Dit Arnold. "Est-ce que la cellule est aveugle à savoir si le carbone est là ou le silicium est là? Est-ce que la cellule vient de cracher? La cellule la mange-t-elle? ... Est-ce qu'il fournit de nouvelles fonctions que la vie n'avait pas avant? "

Si l'introduction du silicium semblait aider ou au moins nuire à la vie, cela pourrait signaler que, avec l'accès au bon matériau, les organismes terrestres pouvaient utiliser le silicium un peu plus.

Les scientifiques peuvent même explorer s'ils peuvent inciter les microbes à attacher du carbone à d'autres éléments, la vie normalement retarde. "Il y a toute une table périodique qui est en grande partie intacte par nature", dit Arnold. La vie est dominée par le carbone, l'oxygène, l'azote et l'hydrogène, avec quelques autres éléments pulvérisés.

"Que se passe-t-il lorsque vous incorporez d'autres éléments? La nature peut-elle même faire ça? "Dit Arnold. "Je voudrais voir quelle fraction de choses que les chimistes ont compris que nous pourrions effectivement enseigner à la nature à faire. Ensuite, nous pourrions vraiment remplacer les usines chimiques par des bactéries ".

Les bactéries résistantes à un médicament de dernier recours

Les bactéries résistantes à un médicament de dernier recours sont apparues sur une ferme porcine américaine

Des bactéries portant un gène qui accorde une résistance contre un antibiotique puissant ont été trouvées dans une ferme porcine aux États-Unis, ont rapporté ces chercheurs dans la revue Antimicrobial Agents and Chemotherapy .

Le gène rare aide les bactéries à contrer les carbapénems, une classe d'antibiotiques utilisés pour lutter contre les germes qui sont déjà devenus résistants à d'autres médicaments. Il était situé sur des morceaux d'ADN appelés plasmides, qui peuvent être échangés entre espèces. C'est la première fois que des bactéries présentant une résistance au carbapenème transmissible ont été manifestées dans le bétail américain.

La bonne nouvelle est que ces germes (un groupe connu sous le nom d'Enterobacteriaceae résistant au carbapénemère, ou CRE) n'apparaissent dans aucun des échantillons de caca prises à partir de porcs programmés pour l'abattage. Il ne semble donc pas qu'ils contaminent le porc de la ferme.

"La préoccupation est que les bactéries avec ce gène sur ce plasmide pourraient être transportées par les porcs dans l'approvisionnement alimentaire, où les consommateurs pourraient être exposés et colonisés", explique le co-auteur Thomas Wittum, de l'Ohio State University College of Veterinary Medicine. "Nous n'avons trouvé aucune preuve qui se passait dans cette ferme, mais nous voulons savoir comment s'assurer que cela n'arrive pas".

Qu'est-ce qu'ils ont trouvé?

Les bactéries hébergeant le gène ne causent normalement pas de maladie chez les personnes en bonne santé. Ils peuvent, cependant, causer des infections graves dans les hôpitaux, et jusqu'à la moitié des personnes qui ont des infections sanguines de CRE meurent.

Et parce que le gène de résistance peut être facilement transmis entre différents types de bactéries, la CRE pourrait conférer cette capacité dangereuse aux microbes qui endommagent les personnes plus souvent. "Ces bactéries peuvent être un réservoir de gènes de résistance qu'ils peuvent partager avec des agents pathogènes comme la salmonelle", explique Wittum. "Carbapenems sont l'un de nos antibiotiques les plus importants pour sauver des vies, de sorte que les bactéries deviennent résistantes est extrêmement préoccupante".

Ce n'est pas la première fois que les bactéries résistantes à ces médicaments de dernier recours ont été trouvées dans le bétail; Ils ont été signalés dans les excréments de bétail au début de cette année. Mais ces bactéries ont porté les gènes sur leurs chromosomes (structures filiformes qui portent la plupart du matériel génétique dans les bactéries, les humains et d'autres formes de vie), et ne peuvent donc les diffuser qu'à leurs descendants.

Les germes de la ferme porcine portaient des gènes de résistance sur les plasmides, qui sont des anneaux séparés d'ADN auto-réplicant. "Certains plasmides ne se déplacent pas très facilement car ils n'aiment que certaines bactéries", dit Wittum. Mais le plasmide trouvé portant des gènes de résistance CRE ne semble pas s'occuper de ce que la bactérie porte. "Celui-ci semble se déplacer particulièrement facilement entre les bactéries".

D'où vient-il?

Wittum et ses collègues ont identifié le gène sur une ferme familiale avec 1 500 truies en surveillant la résistance aux antibiotiques chez les animaux agricoles. L'équipe a utilisé des vadrouilles Swiffer et des écouvillons de gaze pour collecter du caca de porc et d'autres échantillons microbiens des planchers, des murs et des surfaces sur une période de cinq mois en 2015.

Les germes résistant aux carbapénomes se trouvaient surtout dans l'environnement des porcs. L'équipe les a découverts dans les selles de certaines truies et porcelets, même si aucun d'entre eux n'a montré de signes de maladie.

Le gène permet aux bactéries de créer une enzyme qui décompose les carbapénems. C'est «un gène particulièrement rare qui n'a été signalé que deux fois avant aux États-Unis et seulement quelques fois dans le monde», dit Wittum.

Les carbapénems ne sont même pas utilisés chez les animaux, il est donc surprenant qu'un gène conçu pour résister à eux apparaisse dans une ferme. "Nous ne savons vraiment pas de l'origine de ce gène, mais il est probable que cela se soit produit dans un milieu de santé humain et, d'une manière ou d'une autre, a été introduit dans la ferme grâce aux mouvements de personnes", a déclaré Wittum. "Nous ne croyons pas que ce gène de résistance a émergé dans cette ferme, il a été presque certainement introduit de l'extérieur".

Mais les porcs reçoivent régulièrement d'autres antibiotiques, et cela contribue grandement au problème général de la résistance aux antibiotiques. "Chaque fois que les antibiotiques sont utilisés, ils fournissent une pression de sélection, favorisant les souches résistantes, car la concurrence est réduite", explique Wittum. Donc, d'autres antibiotiques utilisés pour traiter les cochons malades peuvent avoir permis aux bactéries résistantes au carbapénemé de s'épanouir.

Et maintenant?

Pour éviter que les gènes résistants ne se déplacent dans la population humaine, les fermes devront être étroitement surveillées. "Nous devons savoir s'il existe d'autres fermes comme celle-ci, ou si ce n'est qu'un événement rare isolé", explique Wittum.

Il est également important de comprendre le rôle que jouent les médicaments utilisés pour traiter les cochons malades pour aider à la propagation des gènes résistants. "Nous ne pouvons pas simplement cesser d'utiliser des antibiotiques pour traiter les animaux malades", explique Wittum. Mais il peut y avoir des mesures que nous pouvons prendre pour éviter que les souches résistantes ne se propagent.

«Il y a beaucoup de recherches sur les pratiques de gestion, les pratiques d'utilisation d'antibiotiques, les alternatives aux antibiotiques, les vaccins et les pratiques préventives ... mais il n'y a pas de balle magique», explique Wittum.

Certains types de bactéries vaginales peuvent réellement augmenter le risque de VIH

 Certains types de bactéries vaginales peuvent réellement augmenter le risque de VIH

L'équilibre des microbes peut changer votre susceptibilité

Les scientifiques commencent tout juste à comprendre comment les bactéries qui vivent, on et autour de nous peuvent influencer notre santé, et le vagin reste l'un des microbiomes humains les plus mystérieux. Maintenant, la recherche suggère que certaines bactéries vaginales peuvent réellement leurs hôtes plus vulnérables au VIH.

Dans une étude publiée mardi dans la revue Immunity , les scientifiques ont échantillonné des bactéries des voies génitales de jeunes femmes en bonne santé en Afrique du Sud et ont suivi ces femmes au fil du temps. Les femmes dont les communautés bactériennes étaient dominées par les microbes dont l'inflammation était connue étaient quatre fois plus susceptibles de contracter le VIH que celles qui hébergeaient des bactéries traditionnellement associées à un microbiome vaginal sain.

Les chercheurs considèrent généralement un tractus génital sain s'il est fortement peuplé par Lactobacillus crispatus , un type de bactéries qui calme l'inflammation (certains membres du groupe Lactobacillus se retrouvent également dans les intestins ou les aliments fermentés comme le yogourt). Cette idée vient des études réalisées principalement sur des femmes blanches dans les pays développés, mais ces résultats pourraient ne pas être valables pour tous.

«Les jeunes filles en bonne santé de cette communauté africaine que nous avons étudiées ont des communautés [bactériennes] plus diverses dans leurs voies génitales», affirme le co-auteur Douglas Kwon, un immunologiste à l'Institut Ragon à Cambridge (Massachusetts). Certaines de ces bactéries provoquent une inflammation génitale, lui et ses collègues rapportés en 2015.

Pour le nouveau travail, l'équipe a suivi 236 femmes inscrites à un programme de lutte contre la pauvreté. Seulement environ 10 pour cent de ces femmes avaient un microbiome vaginal désigné par Lactobacillus. D'autres avaient des communautés bactériennes plus diverses. Leurs organes génitaux portaient également des globules blancs plus actifs. Lorsque Kwon et ses collègues transplantaient les bactéries qui se trouvaient dans des microbiomes non recommandés par Lactobacillus chez des souris, les animaux ont bientôt plus de ces cellules.

Une fois éveillé, ces sortes de globules blancs (appelés cellules T CD4 +) peuvent alerter les autres cellules immunitaires du danger. Vous pourriez penser que ce serait un bon moyen de prévenir le VIH. Cela donne au corps plus de soldats pour combattre les envahisseurs. Mais malheureusement, le VIH infecte effectivement ces cellules immunitaires.

"Si vous avez plus de ces cellules là-bas, et ils sont plus activés, il y a essentiellement plus de carburant pour le feu, de sorte que, quand une étincelle, il y a plus de chances de l'attraper", a déclaré Kwon.

Bien sûr, l'équipe a constaté que les sujets d'étude avec des microbiomes vaginaux plus diverssés avaient un risque plus élevé d'infection par le VIH. "Non seulement ils ont plus d'inflammation, mais ils acquièrent effectivement le VIH à un taux quadruple sur les femmes qui ont la sorte de communautés vaginales" classiquement saines "de Lactobacillus," dit Kwon.

On ne sait pas très bien pourquoi certains vagins - tous apparemment sains - accueillent des communautés bactériennes plus diverses que d'autres. "Ce n'était pas lié à quelque chose comme le comportement sexuel ou la démographie, comme l'âge des femmes, le nombre de copains, [ou] le type de sexe qu'ils avaient", dit Kwon. La génétique ou l'alimentation peut jouer un rôle, dit-il, mais la recherche n'a pas encore soutenu ces liens.

L'Afrique subsaharienne, où vivaient les femmes dans l'étude, a été plus sévèrement touchée par le VIH et le sida que n'importe quelle autre région du monde. Si des microbiomes vaginaux variés peuvent être déplacés pour devenir désignés par Lactobacillus, les femmes pourraient devenir moins sensibles au VIH. "Ils pourraient réduire l'inflammation et réduire ainsi l'acquisition du VIH chez les femmes", dit Kwon. "Nous ne pensons pas, évidemment, qu'il soit absolument protecteur, mais il semble que cela semble induire moins de risques que d'avoir ces communautés plus diverses".

Ce sera délicat, cependant - la recherche sur l'intestin suggère que le microbiome régulier d'une personne tend à rebondir après toute interférence.

Cependant, de nombreuses techniques pour atténuer le risque de VIH - comme l'utilisation de préservatifs, demander à un partenaire de se faire tester ou de limiter les partenaires sexuels - ne sont pas entièrement aux mains des femmes. "Souvent, ils dépendent financièrement de leurs partenaires masculins qui les mettent en danger", a déclaré Kwon. "Cela a été un véritable facteur de motivation pour essayer de comprendre la biologie [de la transmission du VIH], afin de créer de nouvelles interventions biologiques pour aider ces femmes à prendre le contrôle de leurs risques".