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← Riborégulateurs et applications cliniques : Daniel Lafontaine à TEDxUdeS

Professeur à l'Université de Sherbrooke, Daniel Lafontaine nous présente une toute nouvelle classe d’antibiotiques, les riborégulateurs !

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Showing Revision 12 created 01/04/2014 by eric vautier.

  1. Bonsoir à tous, je suis
    très content d'être ici.
  2. C'est mon premier TED,
    je trouve le concept super.
  3. On me dit de me mettre
    dans la zone gazon, j'y suis.
  4. (Rires) Je suis correct !
  5. Ce soir, je vais vous parler
    de ce qu'on fait au laboratoire,
  6. au département de biologie,
    science fondamentale et recherche.
  7. Mon titre contient le mot
    « riborégulateur ».
  8. En recherche, on trouve et
    on invente des choses,
  9. Nous avons inventé un mot en français,
    on pense qu'il fait l'affaire.
  10. Tantôt, je vais définir ce que veut dire
    « Riborégulateurs - Applications cliniques ».
  11. Donc vous allez voir que
    la recherche nous mène,
  12. parfois, vers des endroits
    où l'on ne pensait pas aller.
  13. J'ai une formation de biophysicien,
  14. ça ne va pas vraiment toujours avec
    « applications cliniques », mais bon,
  15. dans notre cas cela fonctionne.
  16. En gros, nous sommes
    tous des êtres vivants,
  17. à ce que je sache, on a tous
    quelque chose en commun,
  18. un génome et je vais
    vous dire ce que c'est,
  19. pour qu'on comprenne la suite des choses.
  20. Tout le monde connaît un grain de sel,
  21. Si vous faites une petite recherche,
    ça fait à peu près 500 micromètres,
  22. donc c'est un demi millimètre.
  23. Si on le compare à une cellule humaine,
    dont nous sommes tous faits,
  24. une cellule humaine c'est 30 µm,
  25. donc elle est plus de 10 fois
    plus petite qu'un grain de sel.
  26. Maintenant, si on la compare
    avec une bactérie qui fait 3 µm,
  27. elle est à peu près 10 fois plus petite
    qu'une cellule humaine.
  28. Les bactéries sont infiniment petites.
  29. Je reparle de bactéries
    un peu plus loin,
  30. c'est pour ça que je vous l'ai mis
    dans la présentation.
  31. Là, je vais vous présenter des faits
    que je trouve intéressants.
  32. Qu'est-ce que le génome,
    il se trouve dans le noyau,
  33. dans le cœur d'une cellule et
    les chromosomes,
  34. on en voit partout dans les films,
    tout le monde sait de quoi il s'agit,
  35. un chromosome est composé d'ADN.
  36. Le génome est fait de chromosomes,
  37. eux-mêmes constitués de parties
    qui correspondent à un gène.
  38. Il y a des milliers de gènes
    dans un chromosome.
  39. Qu'est-ce qu'un gène ?
    On peut penser que les gens
  40. qui ont les yeux bleus
    ont des gènes « yeux bleus »,
  41. que ceux qui ont des cheveux blonds
    ont des gènes « cheveux blonds », etc.
  42. Donc en gros, c'est ce qui fait
    une bonne partie de nous-même.
  43. Le génome est très compacté
    en termes d'informations,
  44. il contient 3 milliards de nucléotides.
  45. C'est comme un grand livre où
    on l'on pourrait lire le code génétique.
  46. Pour ceux qui connaissent l'informatique,
    c'est 3 Go de données.
  47. C'est beaucoup de chansons
    à écouter pendant longtemps.
  48. Autre fait intéressant,
    si on prend l'ADN
  49. de chacune de nos cellules,
    chacune contient de l'ADN,
  50. et qu'on le déplie
    comme un brin, un fil,
  51. et qu'on mette tout
    cet ADN bout à bout,
  52. on fait vraiment 6000 fois
    la distance Terre-Lune aller-retour.
  53. Je viens de revérifier,
    ce sont vraiment les chiffres,
  54. j'ai même vu 8000 quelque part.
    Donc 6000, c'est une petite limite.
  55. Puis, si vous engagez quelqu'un qui tape
    60 mots/minute, c'est assez rapide,
  56. puis cette personne
    fait ça 8 heures par jour,
  57. ça lui prendra environ 50 ans
    pour retranscrire un génome,
  58. c'est beaucoup d'années.
  59. Puis, j'ai mis ça ici
    pour vous faire réagir,
  60. vous direz ça à vos parents
    ce soir en revenant.
  61. Si vous vous comparez à une banane,
    vous êtes 50 % identiques,
  62. au niveau du génome
    avec une banane.
  63. Donc c'est pour dire que
  64. les fonctions de base d'un fruit
  65. correspondent à peu près
    à la moitié de ce qu'on est.
  66. Évidemment, pour faire quelqu'un comme
  67. Albert Einstein, il faut
    un peu plus qu'une banane.
  68. (Rires) On continue. (Rires)
  69. Une cellule humaine ou une bactérie,
    comprend 3 choses importantes :
  70. le génome, qu'on a mentionné tantôt,
    il y a l'ARN, que vous ne connaissez pas,
  71. c'est normal, on va y revenir plus tard,
  72. et les protéines,
    souvent les filles voient ça
  73. sur les choses qu'on mange,
    il y a tant de protéines,
  74. tant de lipides,
    c'est important aussi. (Rires)
  75. Donc, il y a 3 joueurs.
  76. Voici ma diapo la plus compliquée :
  77. comment ça fonctionne ?
  78. On peut voir une cellule un peu
    comme une chaîne de montage.
  79. À gauche, l'ADN, le grand livre où
    toute l'information se retrouve.
  80. On ne peut pas s'en servir comme ça.
  81. Il faut la transcrire pour faire de l'ARN.
  82. Dans la cellule, on prend de l'ADN,
    on fait de l'ARN.
  83. Jusqu'à récemment, on ne savait pas ce
    qu'il faisait, à part d'être un messager.
  84. Puis, l'ARN va être traduit en protéine.
  85. Ce sont les protéines qui font
    le vrai travail dans une cellule,
  86. elles font la parois de la cellule,
    elles font se diviser les cellules,
  87. elles servent un peu à tout.
  88. Certaines de ces protéines, des enzymes,
  89. vont faire la synthèse de métabolites.
    Qu'est-ce qu'un métabolite ?
  90. Imaginez que je sois une protéine,
  91. et que j'aie une feuille de papier et
    que je doive la découper en lignes droites
  92. mais je n'en suis pas capable
    moi-même, je veux la déchirer.
  93. Mon métabolite, ou mon co-enzyme,
    ce serait une paire de ciseaux
  94. pour découper la feuille.
  95. Je me sers d'outils, un métabolite c'est
    un peu comme un outil pour une protéine.
  96. Finalement, tout ça est régulé
    au niveau génétique.
  97. Par exemple, en cas
    d'excès d'une protéine,
  98. elle va stopper ou diminuer
    la chaîne de montage
  99. au niveau de la transcription ou de la traduction.
  100. S'il n'y en a pas assez, elle va augmenter
    la capacité de la chaîne de montage.
  101. Autre chose, au niveau des métabolites,
    c'est un peu pareil.
  102. S'il y a trop de métabolites ou pas assez,
    on va aller changer la chaîne de montage
  103. pour obtenir la bonne concentration
  104. dans la cellule d'un métabolite donné.
  105. D'après ce que je vous ai dit,
    les protéines sont centrales
  106. dans la régulation génétique.
  107. Mais, je suis ici ce soir
  108. parce qu'il s'est passé quelque chose
    au début des années 2000.
  109. Dans le monde de la recherche,
    c'est comme si c'était hier,
  110. ça fait 12 ans et c'est
    vraiment très récent.
  111. Un événement s'est produit :
    3 labos différents
  112. ont réfléchi et ont résolu
  113. un problème connu
    depuis une trentaine d'années.
  114. On avait observé des choses
    chez les bactéries et
  115. on ne trouvait pas de protéines
    impliquées dans la régulation.
  116. Ces labos ont fait la découverte que
  117. les métabolites pouvaient
    se lier directement aux ARNs
  118. et alors, on pouvait réguler au niveau
    de la transcription ou de la traduction.
  119. À cette époque, dans les années 70,
    c'était farfelu, on pensait
  120. que l'ARN ne durait pas longtemps,
  121. qu'il ne servait pas à grand-chose.
  122. Les protéines faisaient le travail.
  123. Mais là, on a montré que
  124. les métabolites peuvent
    faire quelque chose.
  125. Quand on parle d'ARN, on parle d'un sucre,
    le ribose, et comme cet ARN régule,
  126. vous connaissez l'étymologie
    du mot riborégulateur :
  127. c'est un ARN qui régule. Au laboratoire,
    nous travaillons dessus.
  128. En gros, on a notre chaîne de montage.
  129. À quoi peut ressembler
    un riborégulateur ?
  130. Si on fait un zoom sur un ARN,
    il contient 2 régions.
  131. En vert c'est le riborégulateur, en bleu,
    la partie codante pour les protéines.
  132. Si on zoome au niveau du riborégulateur,
    on peut voir deux parties.
  133. Leur conformation et leur structure
    sont importantes pour l'activité du gène.
  134. Dans ce cas, on peut imaginer
    que le gène va être exprimé,
  135. et que la protéine va être produite.
  136. La chaîne de montage va être suivie,
  137. tout va se passer comme il faut.
  138. Par contre, si notre métabolite se lie
  139. sur notre ARN messager, par un lien,
    une réelle interaction physique
  140. entre le métabolite et l'ARN,
  141. la conformation de l'ARN change
  142. et ça va entraîner un changement
    au niveau de la chaîne de montage.
  143. Là, on a un stop,
    donc on bloque la chaîne de montage.
  144. Et, s'il y a trop de métabolites,
  145. on va stopper sa production, puis
    sa concentration va pouvoir diminuer.
  146. S'il n'y en a pas assez,
    on va l'augmenter.
  147. Mais ici, il y a un stop,
    son expression diminue.
  148. Comment ça marche ?
    Tout simplement, ici,
  149. je vous ai mis la structure
    d'un riborégulateur
  150. pour vous montrer que lorsqu'un ligand
    se lie à l'intérieur d'un riborégulateur,
  151. il change de structure.
  152. On va finalement stopper
    l'expression du gène.
  153. Puis, il y a d'autres cas où
    l'expression peut être changée
  154. et alors, on va augmenter
    l'expression du gène.
  155. En haut, en bon français,
    on appelle ça un switch-off,
  156. qui permet de réprimer l'expression,
  157. en bas, notre switch-on,
    pour augmenter l'expression.
  158. Les deux cas sont possibles.
  159. Voici le génome d'une bactérie,
    Bacillus subtilis.
  160. Comme vous le voyez, plusieurs types
    de riborégulateurs sont connus.
  161. Certains sont tout simples,
    on dirait un trèfle à 4 feuilles.
  162. D'autres sont beaucoup plus complexes,
    ce sont de très gros ARN,
  163. qui peuvent réguler de gros métabolites
    comme la vitamine B12.
  164. On a presque tout ce qui peut se passer
    pour un génome dans ce cas-là.
  165. Si vous n'avez pas compris jusque-là
    comment un riborégulateur fonctionne,
  166. c'est à ce stade que je parie
    que tout le monde va comprendre.
  167. On a 2 structures qui ont
    2 fonctions différentes.
  168. À quoi ça vous fait penser ?
  169. À un transformer.
  170. 2 structures, 2 fonctions différentes.
  171. Puis, juste pour le plaisir,
    il existe un autre type de transformer,
  172. c'est la manette-transformer.
  173. ce sont des choses qui existent, et
    puisqu'on parle de diversité en biologie,
  174. je vous parie que vous n'avez jamais vu
    le shoe-switch ! (Rires)
  175. Des gens achètent ça sur Internet,
  176. il y a un prix là-dessus.
  177. Donc, plusieurs types de riborégulateurs
    qui ont des fonctions différentes :
  178. vous avez tout compris !
  179. On passe à la prochaine diapo,
  180. où l'on va diverger
    un peu de ce qu'on faisait.
  181. Vous allez voir ce qu'on fait, nous.
  182. Il y a quelques années
    à Sainte-Hyacinthe,
  183. il y a eu des infections difficiles,
    on voyait ça aux nouvelles,
  184. les gens avaient beaucoup de problèmes,
    manque d'antibiotiques.
  185. Les bactéries devenaient
    résistantes aux antibiotiques.
  186. Vous ne savez peut-être pas,
    mais les scientifiques
  187. pensent que maintenant
    il est minuit moins 5,
  188. dans le sens où à minuit, on n'aura plus
    d'antibiotique pour contrer les bactéries.
  189. Donc, c'est important de développer
    de nouveaux antibiotiques.
  190. C'est suite à un reportage comme ça,
    qu'un étudiant du labo est venu me voir
  191. et me dit :
    « Daniel, je veux un vrai projet. »
  192. Il voulait utiliser les riborégulateurs
    et développer de nouveaux antibiotiques,
  193. chose que l'on disait impensable,
    parce que l'ARN, c'était un messager,
  194. on ne pensait pas que ça pouvait servir
    pour développer des outils thérapeutiques.
  195. Juste pour rappeler ma diapo de tantôt,
  196. on a une chaîne de montage,
  197. si beaucoup de métabolites sont produits,
  198. notre métabolite va se lier à l'ARN,
    on va stopper l'expression,
  199. jusqu'à ce que le niveau du métabolite
    diminue dans la cellule,
  200. jusqu'à ce qu'on n'en n'ait plus assez
  201. pour lier à l'ARN, le riborégulateur.
  202. Notre chaîne de montage va repartir
    pour refaire la production du métabolite.
  203. C'est une chaîne rétro-active,
    qui se contrôle de façon autonome.
  204. Nous, l'hypothèse qu'on avait émise,
    c'était que, imaginons :
  205. la chaîne de montage de la bactérie
    contrôle un gène essentiel pour sa survie.
  206. Si on prend un métabolite artificiel,
  207. qu'on va appeler ici, analogue,
  208. il peut se lier au riborégulateur
  209. mais ne peut pas
    être utilisé par la bactérie
  210. donc, il ne sera pas métabolisé
    dans la bactérie.
  211. Dans ce cas-là, si vous voulez,
    on a créé un imposteur,
  212. l'analogue peut se lier au riborégulateur,
  213. pour faire croire à la bactérie
    qu'il y a beaucoup de métabolite,
  214. mais en fait, il n'y en a pas car c'est
    un analogue qui ne peut pas être utilisé.
  215. L'expression d'un gène essentiel,
  216. va être toujours réprimée,
  217. parce que l'analogue
  218. se lie au riborégulateur.
  219. On devrait en principe
    tout simplement tuer la bactérie.
  220. Dans mon labo, on fait un petit peu
    de biochimie, biophysique,
  221. on est des fans de structures 3D.
  222. Quand on voit une structure comme ici
    à gauche, on est très heureux.
  223. Ici, c'est la structure tridimensionnelle
    d'un riborégulateur, on connaît tout.
  224. Le G en rouge c'est une guanine,
    c'est son métabolite,
  225. on connaît sa structure.
  226. Un zoom au niveau du site de liaison
  227. montre que la guanine en rouge,
    est reconnue par tous ses atomes.
  228. On sait quels atomes du métabolite
    sont importants et lesquels ne le sont pas.
  229. Puis, ce qu'on peut faire, en gros,
  230. c'est tout simplement regarder la guanine
    qui est en bas ici, à gauche,
  231. et essayer de trouver des métabolites
    qui lui ressemblent un peu, pas trop,
  232. qui vont être capables de faire
    les mêmes interactions.
  233. Les flèches montrent le riborégulateur.
  234. Ici, on a baptisé 2 analogues PC1 et PC2,
    qui ont à peu près les mêmes flèches,
  235. rouge et bleu, mais
    pas la même structure.
  236. Nous avons prédit qu'ils vont pouvoir
    se lier aux riborégulateurs,
  237. mais qu'ils ne pourront pas
    être métabolisés par la cellule.
  238. Donc, ce seraient de bons candidats
    pour devenir des antibiotiques.
  239. Puis, on a fait un antibiogramme.
  240. Qu'est-ce que c'est ?
    Je vais vous expliquer.
  241. Prenez un plot de gélose sur lequel
    vous faites pousser des bactéries,
  242. Voilà ce qu'on fait.
  243. Donc ce que vous voyez sur le Pétri,
    ce sont des bactéries qui poussent.
  244. Ici, Staphyllococcus aureus.
  245. On perce 6 trous dans le Pétri et on met
    ce qu'on pense être des antibiotiques.
  246. Dans le puits n°1,
    on voit un halo plus foncé,
  247. à l'endroit où les bactéries
    n'ont pas poussé.
  248. Ici, dans le cas de PC1, on sait qu'il
    empêche la croissance des bactéries.
  249. Donc, ça suggère qu'il est antibiotique.
  250. Il faut faire beaucoup d'autres tests
    pour le montrer, évidemment.
  251. C'est ce qu'on a fait et il s'est avéré,
    effectivement, être un bon antibiotique.
  252. Donc, ce qu'on a aussi fait,
    pour les scientifiques de la salle,
  253. c'est qu'on a fait un criblage
    de plusieurs souches de bactéries.
  254. On s'est rendu compte que
    PC1 n'était pas toujours actif,
  255. mais, pour une bonne raison :
  256. il ne va pas cibler les bactéries,
    il ne va pas tuer les bactéries
  257. qui n'ont pas un certain gène
    devant le riborégulateur.
  258. En gros, on montre que, c'est seulement
    quand un gène qui est appelé GuaA
  259. est devant le riborégulateur,
    qu'on va tuer ces bactéries-là.
  260. C'est très intéressant parce qu'on ne veut
    pas tuer toutes les bactéries au complet.
  261. Dans votre tube digestif,
    certaines bactéries
  262. comme Escherichia coli sont nos amies,
    on veut pas les tuer.
  263. Donc, c'est pour ça ici
    que c'est important de cibler.
  264. Vous pouvez peut-être voir qu'il y a
    des bactéries assez dangereuses,
  265. dans le sens qu'on a du SAM
    résistantes à la métycyline,
  266. on a aussi S. aureus qui résiste
    au bétalactame, à l'érythromycine, etc.
  267. C'est intéressant parce que PC1
    a réussi à tuer cette bactérie-là.
  268. On a vraiment ciblé une voie qui semble
    être différente des autres antibiotiques.
  269. On était très heureux, on peut pousser
    les bactéries à devenir résistantes.
  270. On a essayé jusqu'à 30 cycles,
    on n'a pas pu forcer la bactérie
  271. à devenir résistante
    à notre antibiotique PC1.
  272. On pense que la cible qu'on a touchée
    est peut-être le talon d'Achille
  273. des bactéries résistantes.
    Dans le futur,
  274. on va voir si ça fonctionne vraiment mais
    c'est très encourageant jusqu'à présent.
  275. En résumé, PC1 est vraiment
    une nouvelle classe d'antibiotiques
  276. depuis 30 ans !
  277. Donc, on est très heureux de ça et
    d'après ce qu'on a publié,
  278. d'après les commentaires
    des autres scientifiques,
  279. ça semble très prometteur pour le futur,
  280. pour développer
    d'autres sortes d'antibiotiques.
  281. En vous projetant dans 10 ans
    que pourra-t-on faire avec eux ?
  282. Imaginez que vous ayez un interrupteur,
  283. que vous puissiez interrompre plus ou moins
    tous les gènes d'une bactérie,
  284. ou d'une autre espèce, on ne sait pas...
  285. Et encore, que pourrait-on faire ?
  286. Je pense qu'on peut évidemment trouver
    d'autres classes d'antibiotiques,
  287. ça semble assez évident.
  288. Si on se laisse aller, on pourrait penser
    à d'autres choses, par exemple,
  289. on pourrait inventer
    un nouveau type de diagnostic
  290. pour détecter des molécules précurseurs
  291. de certaines maladies.
  292. On pourrait coupler un riborégulateur
    à un gène qui rapporte son expression,
  293. un gène de couleur ou
    de n'importe quoi d'autre.
  294. Autre chose aussi qu'on pourrait faire,
    c'est développer un système
  295. de détection de polluants.
    On pourrait penser fabriquer
  296. des riborégulateurs produisant un composé
    comme le BPC, c'est possible,
  297. puis développer des systèmes
    de détection comme ça.
  298. Il y a plein d'autres choses auxquelles
    on pourrait penser mais bon...
  299. L'équipe du laboratoire qui travaille là-dessus
  300. (je suis en collaboration avec trois autres chercheurs) :
  301. François Malouin, département de biologie
  302. Louis-Charles Fortier qui est au CHU,
  303. puis Éric Marsault qui est à l'IPS,
  304. Merci.
  305. (Applaudissements).