Lutter contre la malnutrition infantile

Selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS), 148 millions d'enfants de moins de cinq ans souffrent d'un retard de développement dû à la malnutrition et n'atteindront probablement pas leur plein potentiel à l'âge adulte. La malnutrition est due à un apport alimentaire insuffisant ou à une absorption inadéquate de nutriments tels que les protéines, les vitamines et les minéraux. Cela a pour effet de retarder la croissance et d'affaiblir le système immunitaire. La malnutrition infantile est un problème qui touche principalement l'Afrique et l'Asie.

Au Zimbabwe, des décennies de troubles politiques et économiques ont eu un impact profond sur la santé. Les épidémies de typhus, de rougeole et de choléra sont fréquentes, et les enfants sont les plus touchés. L'UNICEF estime qu'environ 2 millions d'enfants au Zimbabwe dépendront de l'aide humanitaire en 2023. «De nombreuses mères avec lesquelles je travaille n'ont accès à l'eau courante que trois heures par jour», explique Kerina Duri, professeure d'immunologie à l'Université du Zimbabwe. «Et un cinquième de ces femmes vivent avec moins d'un dollar américain par jour.»

Le rôle de la flore intestinale

Il y a cinq ans, Kerina Duri a constitué une cohorte de 1200 dyades mère-enfant et a lancé une étude qui se poursuit encore aujourd'hui. Les mères vivent dans des quartiers densément peuplés de Harare, la capitale du Zimbabwe. Nombre d'entre elles sont infectées par le sida et leurs enfants souffrent souvent de malnutrition. L'un des principaux objectifs de Kerina Duri est de comprendre pourquoi les nouveau-nés qui sont exposés au VIH pendant la grossesse et la période d'allaitement, mais qui ne sont pas infectés, courent néanmoins un risque plus élevé de mourir jeunes. «De nombreux éléments suggèrent que la réponse pourrait se trouver dans la flore intestinale du nouveau-né», déclare Kerina Duri. «Si une mère prend des médicaments antirétroviraux pour lutter contre le sida, la flore intestinale de son bébé sera exposée à ces médicaments pendant l'allaitement, ce qui pourrait avoir un impact négatif sur le développement physique, neurocognitif et social de l'enfant.»

La flore intestinale, également connue sous le nom de microbiote intestinal, est constituée des micro-organismes qui résident dans le tube digestif, et Kerina Duri note que le Zimbabwe est encore très en retard en ce qui concerne la recherche et l'expertise dans ce domaine. Elle place donc ses espoirs dans un projet commun avec le Basel Research Centre for Child Health (BRCCH). Fondé par l'ETH Zurich en collaboration avec l'Université de Bâle et le groupe caritatif Fondation Botnar, le BRCCH vise à développer des interventions médicales efficaces pour les enfants du Sud. Depuis 2020, Kerina Duri travaille avec des collègues de l'Université de Berne, de l'Université de Bâle et de l'ETH Zurich dans le cadre d'un projet financé par le BRCCH. Leur objectif est d'améliorer les méthodes diagnostiques d'évaluation de la flore intestinale chez les nourrissons.

Capteur de bactéries

Randall Platt, 36 ans, professeur associé de génie biologique à l'ETH Zurich, est à la tête de ce projet quinquennal. En octobre dernier, son groupe de recherche a emménagé dans le nouveau bâtiment du département de science et d'ingénierie des biosystèmes à Bâle, où la lumière traverse les fenêtres de son bureau. «Nous ne disposons toujours pas de méthodes simples pour mesurer de manière fiable l'inflammation, l'infection et les troubles intestinaux liés à l'alimentation, même si nous savons que le microbiote intestinal joue un rôle central dans la santé humaine», explique Randall Platt. Les bactéries présentes dans nos intestins influencent presque tous les organes, y compris le cerveau, ajoute-t-il, et jouent un rôle important dans le système immunitaire et le métabolisme.

Actuellement, la méthode standard pour évaluer la composition et la santé de l'intestin est la coloscopie. Cette procédure n'est pas très simple et elle est très désagréable pour les patientes et patients, d'autant plus que les intestins doivent être complètement vidés au préalable. De plus, les résultats ne sont qu'un instantané du côlon manipulé à un moment donné, sans mesure de l'évolution dans le temps. Ces inconvénients ont incité Randall Platt à proposer une alternative plus élégante. Sa technique n'est pas invasive et ne perturbe pas le fonctionnement normal de l'intestin, mais elle permet tout de même d'obtenir des informations sur les modifications de l'environnement intestinal. «Il s'agit d'un saut technologique considérable, un peu comme si l'on passait de la photographie au cinéma», explique Randall Platt.

Les outils d'enregistrement utilisés par Randall Platt et son équipe ne mesurent que quelques micromètres. Il s'agit de bactéries E. coli modifiées à l'aide du système CRISPR-Cas de manière à pouvoir identifier et enregistrer les changements dans leur environnement biologique. «Les cellules de ces bactéries s'adaptent à leur environnement lors de leur passage dans l'intestin. Elles réagissent aux changements de pH ainsi qu'aux nutriments et aux produits chimiques», explique Randall Platt, et ces réactions peuvent être mesurées. Au niveau génétique, les chercheurs capturent des molécules d'ARN dans des E. coli vivants afin de déterminer les gènes exprimés par les bactéries en réponse à l'environnement intestinal. Les chercheurs et chercheuses codent cette collection d'événements d'expression génique comme une caméra vidéo numérique, en les stockant sur une sorte de carte mémoire bactérienne. Pour ce faire, elles et ils isolent l'ADN bactérien à partir d'un échantillon fécal et l'analysent à l'aide d'un séquençage de l'ADN à haut débit. Ils et elles procèdent ensuite à une évaluation bioinformatique pour déterminer quels gènes ont été actifs au cours du voyage de la bactérie dans l'intestin. En même temps, elles et ils peuvent identifier l'environnement moléculaire et microbien rencontré par la bactérie et déterminer si la composition nutritionnelle de l'intestin est suffisante pour promouvoir la santé.

Dans une étude publiée en 2022 dans la revue Science, Randall Platt et son équipe ont décrit la fonction de ces bactéries enregistreuses de données dans un modèle de souris. Dans leur expérience, les bactéries sont restées actives dans l'intestin de la souris et ont continué à collecter des données pendant un à sept jours. «Nous avons pu montrer que notre technique peut être utilisée pour capturer des informations biologiques importantes dans chaque région de l'intestin», explique Randall Platt - un avantage évident par rapport à l'endoscopie. Les chercheurs et chercheuses ont également réussi à suivre les effets du régime alimentaire sur la flore intestinale. Pour ce faire, elles et ils ont nourri trois groupes de souris avec des régimes différents : l'un avec beaucoup de nutriments, l'autre avec beaucoup de graisses et le dernier avec beaucoup d'amidon. Les bactéries sondes séquencées présentaient une expression génétique caractéristique qui variait en fonction du type de régime. «Nous avons pu déterminer, pratiquement en temps réel, si la teneur en nutriments d'un régime était suffisante pour la santé de l'intestin», explique Randall Platt.

Cibler les déficiences

Les chercheurs et chercheuses espèrent que ce type de plateforme de diagnostic pourrait ouvrir la voie à une approche plus personnalisée et ciblée du traitement des enfants souffrant de malnutrition ou d'autres carences. En attendant, il est nécessaire de mieux comprendre le lien entre les modifications du microbiote intestinal et certaines manifestations pathologiques. Pour aborder cet aspect du projet, Randall Platt travaille en étroite collaboration avec des experts et expertes à l'intérieur et à l'extérieur de l'ETH Zurich. Parmi eux, Uwe Sauer, professeur de biologie systémique à l'ETH Zurich, mène des recherches sur le métabolisme microbien et les interactions entre l'hôte et les microbes. Randall Platt travaille également avec Andrew Macpherson, professeur de médecine et directeur du service de gastro-entérologie de l'Hôpital universitaire de Berne, qui a établi sa propre cohorte mère-enfant en Suisse pour le projet. En travaillant avec Kerina Duri au Zimbabwe pour comparer les deux cohortes, il espère mieux comprendre les changements qui se produisent dans la flore intestinale des nourrissons dans des conditions différentes. Le dernier membre de l'équipe est Dirk Bumann, professeur de biologie des infections au Biozentrum de l'Université de Bâle, qui a rejoint le groupe pour étudier le rôle des agents pathogènes dans la flore intestinale. Ces agents pathogènes sont souvent présents dans l'eau contaminée ou résultent de mauvaises pratiques d'hygiène. Ils peuvent provoquer des infections intestinales et exacerber les effets de la malnutrition.

L'équipe de recherche a maintenant pour objectif de tester le potentiel diagnostique de la bactérie dans le cadre d'essais cliniques chez l'être humain, bien que Randall Platt prévienne que l'utilisation de la technologie CRISPR-Cas les obligera à franchir certains obstacles réglementaires importants. Il estime que les premiers essais cliniques pourraient débuter dans les cinq prochaines années.

Kerina Duri, sa collègue au Zimbabwe, espère continuer à travailler avec des partenaires suisses lorsque le projet BRCCH se terminera à la fin de l'année. «Notre objectif est de créer un centre d'excellence pour la recherche sur la flore intestinale au Zimbabwe», explique-t-elle. Un tel centre profiterait aux mères et aux enfants du pays, ainsi qu'à l'ensemble de la région africaine. «Mais nous ne pourrons mettre en place les capacités nécessaires que grâce à des financements de tiers et à des projets conjoints tels que celui de l'ETH Zurich», précise Kerina  Duri.