L'Institut des sciences génomiques de l'École de médecine de l'Université du Maryland déchiffre le code génétique de la bactérie E. coli à l'origine de l'épidémie meurtrière en Allemagne

BALTIMORE, July 29, 2011 /PRNewswire/ --

- Une étude rapide de l'épidémie actuelle, s'appuyant sur des technologies de pointe, donne naissance à un nouveau modèle pour la recherche sur les flambées épidémiques

Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Institut des sciences génomiques de l'École de médecine de l'Université du Maryland est parvenue à déchiffrer le code génétique de la bactérie E. coli à l'origine de l'épidémie meurtrière ayant débuté en mai 2011 et affectant actuellement l'Allemagne. À ce jour, 53 personnes sont décédées à cause de cette épidémie et des milliers de cas de contamination ont été signalés en Allemagne, en Suède et aux États-Unis. L'article publié le 27 juillet dans le New England Journal of Medicine (NEJM) décrit la manière dont des chercheurs du monde entier ont collaboré et utilisé des techniques de pointe afin de séquencer et d'analyser le génome d'échantillons d'E. coli associés à l'épidémie, ainsi que de souches apparentées, en seulement quelques jours. Les chercheurs ont combiné ces résultats à leurs connaissances de la biologie et de l'évolution de la bactérie pour établir un bilan plus précis de l'épidémie. L'analyse a eu lieu suffisamment rapidement pour informer les médecins s'occupant des personnes infectées et a permis d'aider les épidémiologistes dans leur course à l'identification de la source du pathogène.

Selon l'auteur principal de l'étude, le Dr David A. Rasko, Professeur adjoint en microbiologie et en immunologie à l'École de médecine de l'Université du Maryland et Chercheur à l'Institut des sciences génomiques, cette étude pourrait être la première analyse scientifique aussi complète d'un nouveau pathogène réalisée dans les premiers jours et semaines d'une épidémie.

« La technologie évolue extrêmement rapidement, ce qui nous permet d'accomplir des analyses beaucoup plus précises à un vitesse exceptionnelle », a expliqué le Dr Rasko. « De nombreuses années et des millions de dollars nous ont été nécessaires pour établir le séquençage du premier génome de la bactérie E. coli il y a plus de dix ans. Et voilà qu'aujourd'hui, quelques mois seulement après le début d'une épidémie d'E. coli en Allemagne, nous publions un article sur le sujet. Cet article et l'étude qu'il décrit représentent un nouveau modèle pour la recherche sur les flambées épidémiques. »

Les chercheurs ont collaboré avec Pacific Biosciences of California, Inc., une société basée à Menlo Park, qui a utilisé sa nouvelle technologie de séquençage d'une molécule unique en temps réel (Single Molecule Real Time - SMRT) pour séquencer le génome de la souche d'E. coli à l'origine de l'épidémie allemande. Des scientifiques de l'Institut Statens Serum, le centre de référence et de recherche sur les bactéries Escherichia coli et Klebsiella de l'Organisation mondiale de la Santé au Danemark, ainsi que d'Harvard et de l'Université de Virginie ont également participé à cette étude.

« L'École de médecine de l'Université du Maryland a des contacts dans 23 pays, et nous sommes fiers que notre Institut des sciences génomiques ait joué un rôle prépondérant dans l'étude de cette crise médicale internationale et dans l'amélioration de la santé humaine dans le monde », a déclaré le E. Albert Reece, M.D., Ph.D., M.B.A., vice-président des affaires médicales à l'Université du Maryland, professeur émérite John Z. et Akiko K. Bowers et doyen de l'École de médecine.

Le Dr Rasko et des collègues de l'Institut des sciences génomiques ont analysé les données génétiques recueillies à l'aide d'outils statistiques, certains ayant été élaborés à l'institut. L'équipe de l'Institut des sciences génomiques était composée de Jason Sahl, Ph.D., et Susan Steyert, Ph.D., chercheurs postdoctoraux, et de la directrice de laboratoire, Julia Redmond. L'expérience et les connaissances du Dr Rasko dans les domaines de la pathogénèse moléculaire et de l'évolution de la bactérie E. coli ont permis à l'équipe d'interpréter la vaste quantité de données génétiques et d'en savoir plus sur le microbe et sur son lien général avec l'E. coli.

Les scientifiques ont déterminé que le génome de la souche d'E. coli responsable de l'épidémie allemande appartenait principalement à l'E. coli entéro-aggrégatif, un sous-type de la bactérie. Suite à un examen approfondi du génome, ils ont constaté que la souche à l'origine de l'épidémie était en fait une combinaison inhabituelle d'E. coli entéro-aggrégatif et d'un autre sous-type de la bactérie, l'E. coli entérohémorragique. Les chercheurs ont également remarqué que la souche transportait une série unique de facteurs de virulence et de résistance aux antibiotiques, ce qui la distingue d'autres souches de la bactérie.

« Ceci n'est pas seulement un article sur le génome ; il s'intéresse également à la virulence et à la biologie du microbe », a précisé le Dr Rasko. « Au début de l'épidémie, les scientifiques ont décrit la bactérie comme une souche "hybride". Cette souche n'est pas vraiment un hybride car elle ne présente qu'une petite portion de la séquence d'ADN de l'E. coli entérohémorragique. Nous n'avons pas souvent vu ces types de combinaisons uniques par le passé, mais je pense que nous les verrons de plus en plus souvent, maintenant que des technologies comme celle de Pacific Biosciences ont progressé au point de nous permettre d'établir le séquençage de davantage de souches, et ce plus rapidement et à relativement bon marché. »

« Le séquençage génomique, de par sa vitesse, sa précision et son coût, deviendra un outil de diagnostic bien plus rapidement qu'on ne pourrait le penser actuellement », a déclaré le Dr Sahl, co-auteur de l'article.

Des scientifiques du monde entier ont commencé à analyser la souche d'E. coli dès que des échantillons ont été disponibles suite à l'arrivée de l'épidémie en mai. De nombreux groupes ont communiqué leurs résultats gratuitement au public (les données de l'étude actuelle sont également accessibles au public), donnant naissance à une sorte de « recherche collective ». En d'autres termes, la recherche était réalisée grâce à la collaboration d'un large groupe dispersé autour du monde. « Habituellement, les recherches scientifiques se font plutôt dans l'isolement », a ajouté le Dr Rasko. « C'est la première fois que nous assistons à une analyse véritablement "open source" du génome d'un microbe. »

Au tout début de l'épidémie, les scientifiques allemands ont utilisé une autre technologie de séquençage et une analyse préliminaire pour tenter de définir les caractéristiques uniques du pathogène lié à l'épidémie. Ils ont ainsi identifié un gène responsable de la production d'une toxine associée aux symptômes constatés par les médecins chez les patients, comme des diarrhées sévères. Ce gène, connu sous le nom de « toxine Shiga », est produit en plus grande quantité lorsque certains antibiotiques sont utilisés. Les résultats indiquaient donc que les symptômes des patients empireraient s'ils étaient traités avec des antibiotiques. Ces conclusions initiales ont immédiatement été communiquées aux établissements chargés des soins cliniques et les docteurs ont cessé d'utiliser des antibiotiques pour traiter les patients infectés. « Notre étude est une analyse plus complète et plus détaillée que les précédentes », a expliqué le Dr Rasko. « Elle est issue d'une collaboration internationale mise en place en seulement quelques jours. Je m'attends à ce que d'autres collaborations comme celle-ci voient le jour pour répondre à l'émergence de nouveaux pathogènes à l'avenir. »

L'article du NEJM offrira de nouvelles informations détaillées aux chercheurs et aux médecins qui continuent d'étudier l'épidémie d'E. coli en Europe.

« Il est passionnant de se retrouver au premier rang de la génomique comme cela », a ajouté le Dr Rasko. « Ce projet était l'occasion pour nous de nous appuyer sur les ressources de l'Institut des sciences génomiques afin d'établir un nouveau modèle pour l'étude des microbes et des épidémies. Il aura également des implications sur l'utilisation de la génomique comme outil de diagnostic de routine. »

Fondée en 1807, l'École de médecine de l'Université du Maryland est la première école de médecine publique et l'une des plus anciennes aux États-Unis. Cette institution, qui fait partie de celles connaissant la croissance la plus rapide du pays, travaille sur des projets de recherche clinique et scientifique de base ayant trait aux problèmes de santé mondiaux et fait rapidement évoluer ses découvertes au milieu clinique afin d'en faire profiter les patients. L'École de médecine sert de base à un large centre médical académique. Les membres de la faculté forment les médecins et traitent les patients au Centre médical de l'Université du Maryland et au Baltimore VA Medical Center.