Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB)
Publié le 06 octobre 2022

Les bactéries responsables de l’inflammation du tube digestif ! Tel est l’objet de recherche d’Emma Bruder, doctorante en microbiologie au Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB) du Collège de France.

Vos recherches sont en lien avec la maladie de Crohn…

Je travaille sur ce que nous appelons les AIEC, les Escherichia coli adhérentes et invasives, qui sont des bactéries impliquées dans la maladie de Crohn. Cette pathologie est due à différents facteurs, qu’ils soient génétiques ou environnementaux, et provoque notamment une inflammation intestinale. Ce travail s’inscrit dans celui d’une équipe qui étudie l’adaptation des bactéries à leur environnement. D’une part, dans la relation qu’il existe entre les bactéries pathogènes et leur hôte dans le cadre d’une infection, et d’autre part, au niveau de l’organisation de leur chromosome. Les bactéries n’ont pas de noyau comme les cellules eucaryotes (humaines ou animales). Elles possèdent le plus souvent un unique chromosome circulaire qui porte la majorité des gènes. Nous étudions comment le chromosome est réparé lorsqu’il est altéré, comment il est organisé dans la bactérie et comment les gènes qu’il porte s’expriment pour répondre aux modifications de l’environnement.

De quelle manière sont-elles impliquées dans la maladie ?

Dans ce contexte pathologique, des bactéries vont profiter de l’affaiblissement causé par la maladie pour envahir le tube digestif. Si elles ne sont pas responsables de la maladie, elles y participent. L’inflammation du tube digestif est entretenue par ces bactéries. C’est parce qu’elles sont capables d’adhérer et de traverser les cellules de l’intestin, ainsi que de survivre dans les cellules immunitaires qui devraient normalement les éliminer. Elles arrivent non seulement à s’y maintenir, mais aussi à s’y multiplier. Les cellules immunitaires deviennent leur nouvelle niche écologique, leur nouvel habitat. Notre équipe a montré que ces bactéries en sont capables parce qu’elles s’unissent les unes aux autres. C’est comme si elles recréaient un être multicellulaire produisant autour d’elles un bouclier de protéines et de sucres qui les protège contre les agressions du système immunitaire.

Comment l’inflammation se déclenche-t-elle ?

Une inflammation correspond à une réponse de défense de notre organisme à la suite d’une blessure ou de l’implantation de pathogènes. C’est pareil, mais au niveau de notre intestin. Si la paroi est abîmée, l’inflammation s’établit. En plus de cette dégradation, le microbiote (ensemble de micro-organismes vivant dans le tube digestif) sera perturbé. C’est une question d’équilibre de ces micro-organismes. Si tout va bien, les bonnes bactéries tapisseront cette fameuse paroi et nous protégeront des mauvaises bactéries. S’il y a un déséquilibre, comme dans le cas de la maladie de Crohn, les bactéries pathogènes iront s’implanter dans les cellules immunitaires, lesquelles, n’arrivant pas à les tuer, enverront des signaux pour augmenter les défenses. C’est ce mécanisme qui entretiendra et exacerbera l’inflammation présente dans cette pathologie.

De quelle manière étudiez-vous ces mécanismes ?

Je travaille sur des souches cliniques, c’est-à-dire des bactéries prélevées sur des patients atteints par la maladie. J’essaie de déterminer quels mécanismes et quels gènes leur permettent de résister au système immunitaire. Pour cela, j’observe leur génome, environ cinq mille gènes pour chacune, et cherche si des groupes de gènes communs à plusieurs de ces souches pourraient expliquer cette résistance. Je déclenche des infections dans des cellules immunitaires et je regarde si les bactéries parviennent à y survivre. Combien de jours ? Quels gènes vont-elles activer pour y arriver ? Est-ce qu’il y a une stratégie collective d’adaptation ?

Quels sont les enjeux et les conséquences possibles de cette recherche pour les personnes atteintes de la maladie de Crohn ?

On ne soignera pas la maladie de Crohn avec ces recherches. L’espoir est plutôt d’arriver à soulager ces crises inflammatoires chroniques provoquées en partie par ces bactéries. Elles sont particulièrement pénibles pour les patients. Nous utilisons généralement des antibiotiques pour éliminer les bactéries, mais c’est impossible dans ce cas-là. Cela ne fonctionne pas, car elles sont dans les macrophages – cellules immunitaires communément appelées globules blancs – et qu’elles forment le bouclier dont je parlais. L’enjeu de ma thèse est de comprendre quels sont les gènes qui permettent la mise en place de cette protection, et d’éventuellement trouver des molécules qui pourraient empêcher la création de ce bouclier protéique.

Avez-vous une routine pour mener vos recherches ?

J’arrive généralement entre 8 h et 8 h 30, puis cela dépend de mes tâches du moment. Mes recherches comportent de la biologie moléculaire, car nous avons besoin de visualiser précisément les bactéries. On les teinte avec des couleurs fluorescentes afin de les faire ressortir. C’est de la modification génétique, on leur ajoute ou enlève des gènes. Cela prend beaucoup de temps. Une fois ces souches construites, je les utilise pour infecter des macrophages. Elles aussi nécessitent d’être préparées en amont : tous les deux jours, il faut changer leur milieu. Une fois qu’elles sont infectées, je stoppe l’infection à un moment précis. Nous appelons cela « fixer ». Enfin vient le temps des analyses, par microscopie ou par cytométrie en flux. C’est un faisceau laser qui traverse les bactéries fluorescentes et qui nous permet de les quantifier et de les qualifier de façon plus automatique. Je peux donc avoir un ensemble d’informations importantes sur le nombre de bactéries AIEC qui ont infecté les cellules immunitaires au bout d’un temps déterminé. Parfois, il est même nécessaire de les compter visuellement !

Qu’est-ce qui a déclenché un désir pour ce sujet d’étude au point d’en faire l’objet de votre recherche ?

C’est venu assez simplement. Après mon baccalauréat, je voulais travailler dans le domaine des sciences naturelles. J’hésitais avec les études de médecine, mais j’ai finalement choisi la faculté de sciences. Lors de ma troisième année de licence, nous pouvions nous spécialiser suivant trois parcours : physiologie animale, physiologie végétale ou physiologie des micro-organismes. Je me suis dirigée vers cette dernière, car les techniques et problèmes y étaient stimulants. J’ai adoré les bactéries. Je trouvais leurs facultés fascinantes, comme leur capacité à évoluer très rapidement en fonction de leurs conditions de vie. Les recherches autour d’elles semblaient très intéressantes, et travailler sur des bactéries pathogènes me rapprochait des questions de santé. Ma dernière année de master à l’Institut Pasteur a fini de me convaincre de continuer dans ce domaine.

Comptez-vous poursuivre ces recherches après la soutenance de votre thèse ?

Après mon doctorat, j’aimerais obtenir un contrat postdoctoral dans un pays anglophone. Cela me permettrait de pratiquer la langue en immersion, ainsi que d’expérimenter d’autres modalités de travail. Je suis toujours motivée pour continuer la microbiologie, mais peut-être sur des bactéries différentes. Je suis, par exemple, très intéressée par les questions de résistance aux antibiotiques. C’est un enjeu de santé publique majeur. Quoi qu’il en soit, c’est important pour moi de rester dans une recherche qui a des applications dans la santé humaine.

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Emma Bruder travaille au sein de l’équipe Dynamique du chromosome du Centre interdisciplinaire de recherche en biologie du Collège de France, sous la responsabilité du Dr Olivier Espeli. Sa thèse s’intitule « Caractérisation des communautés intracellulaires formées par les E.coli associées à la maladie de Crohn ».

Photos © Patrick Imbert
Propos recueillis par Aurèle Méthivier