Interroger la progression de la maladie et les processus cellulaires avec TIGER : in vivo et de manière non invasive

Pourrons-nous à l'avenir simplement ingérer un probiotique de diagnostic basé sur des acides ribonucléiques programmés pour analyser la santé intestinale à partir de cellules individuelles ? Des chercheurs de l'Institut Helmholtz pour la recherche sur les infections à base d'ARN (HIRI) et de la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg ont mis au point une nouvelle technologie qu'ils appellent TIGER. Elle permet de déchiffrer in vivo des processus complexes dans des cellules individuelles en enregistrant les transcriptions d'ARN passées. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Biotechnology le 5 janvier 2023.

Les infections bactériennes et virales peuvent provoquer de graves symptômes aigus, mais elles peuvent aussi avoir des conséquences dévastatrices à long terme, comme le déclenchement d'un cancer. Par conséquent, les scientifiques recherchent de nouvelles approches et technologies pour mieux comprendre l'évolution des maladies et prévoir le développement des cellules et des tissus. Ils utilisent des méthodes de plus en plus précises pour analyser les processus sous-jacents dans les cellules individuelles. L'un des objectifs est de détecter les changements dans l'activité des gènes, qui peuvent à leur tour indiquer un événement pathologique.

Les acides ribonucléiques (ARN) apportent une contribution importante à cette compréhension. Ils peuvent fournir des preuves de l'activité génétique car seuls les gènes actifs produisent des copies d'ARN (transcriptions) dans un processus appelé transcription. Cependant, les molécules d'ARN exprimées lors de la transcription ne représentent qu'un état actuel. Relier les événements cellulaires passés - par exemple, une infection bactérienne - aux conditions actuelles et en déduire les résultats futurs s'avère difficile.

"L'identité et le comportement d'une cellule ne dépendent pas seulement de sa composition intracellulaire et de son environnement extracellulaire actuels, mais aussi de ses états passés. Nous recherchions une procédure efficace au niveau de la cellule unique pour scruter le passé et le relier au présent", explique le professeur Chase Beisel. Le chef du département de biologie synthétique de l'ARN à l'Institut Helmholtz de recherche sur les infections à base d'ARN (HIRI) de Würzburg est l'auteur principal de l'étude, qui a été publiée dans la revue Nature Biotechnology. L'institut est un site du Centre Helmholtz de Braunschweig pour la recherche sur les infections (HZI) en coopération avec la Julius-Maximilians-Universität (JMU) de Würzburg, où Beisel est également professeur.

Un regard sur le passé cellulaire

Dans leur publication, les auteurs présentent une nouvelle approche technologique qui pourrait faire progresser considérablement le diagnostic médical à l'avenir. Appelée TIGER, leur méthode permet d'enregistrer la présence d'ARN spécifiques dans des cellules vivantes individuelles.

"Grâce à l'enregistrement des ARN, TIGER relie les états cellulaires actuels aux états transcriptionnels passés", explique le premier auteur, Chunlei Jiao. TIGER peut quantifier l'expression relative des gènes, détecter les différences entre les nucléotides individuels, enregistrer plusieurs transcriptions simultanément et lire les phénomènes d'une seule cellule.

Selon Jiao, la méthode présente des avantages frappants : "Les recherches précédentes n'ont pu qu'approximer les états cellulaires passés en utilisant d'énormes quantités de données et des outils de prédiction computationnels pour mesurer les cellules asynchrones dans le temps." Les scientifiques impliqués dans l'étude ont pu enregistrer le transfert de la résistance aux antibiotiques entre les cellules d'Escherichia coli ainsi que l'invasion des cellules hôtes par Salmonella.

À l'avenir, TIGER pourrait être utilisé pour examiner l'histoire de la transcription de cellules individuelles dans un organisme vivant et la relier au statu quo actuel afin de déchiffrer des réactions cellulaires complexes, in vivo et de manière non invasive. Par exemple, on pourrait imaginer d'ingérer un probiotique TIGER pour que l'état du tube digestif soit enregistré et analysé par la suite, concluent les auteurs.