Pour Qun Ren, chaque minute compte. La chercheuse de l'Empa et son équipe développent actuellement un procédé de diagnostic qui permet de détecter en urgence une septicémie potentiellement mortelle due à des bactéries staphylococciques. En effet, une telle septicémie à staphylocoques est mortelle dans 40 pour cent des cas. L'infection par ces bactéries sphériques peut avoir débuté par une affection cutanée locale ou une pneumonie. Une fois que les staphylocoques ont essaimé dans la circulation sanguine au cours d'une septicémie, de graves complications menacent. Il s'agit alors d'identifier le plus rapidement possible les agents pathogènes et de choisir les antibiotiques appropriés pour le traitement. Cela est particulièrement important pour les chances de survie des personnes concernées, car les souches de Staphylococcus aureus peuvent être insensibles à différents antibiotiques (voir encadré). "Si, pour une procédure de diagnostic, les bactéries doivent d'abord être multipliées et enrichies dans un échantillon de sang, on perd un temps précieux", explique Qun Ren du laboratoire "Biointerfaces" de l'Empa à Saint-Gall. Qun Ren et le chercheur de l'Empa Fei Pan ont donc cherché, en collaboration avec des chercheurs de l'ETH Zurich, un moyen de contourner cette étape intermédiaire fastidieuse.

Les nanoparticules magnétiques (en rouge) se lient spécifiquement aux bactéries d'environ 1 µm (en jaune) (microscopie électronique avec coloration numérique). Image : Empa

L'équipe a maintenant développé un procédé avec des nanoparticules magnétiques qui peuvent se lier aux staphylocoques. Un champ magnétique permet ainsi de détecter les bactéries de manière spécifique. Dans une prochaine étape, la sensibilité aux antibiotiques sera analysée à l'aide d'un procédé de chimioluminescence. Si des bactéries résistantes sont présentes dans l'éprouvette, l'échantillon émet de la lumière. En revanche, si les germes peuvent être tués par des antibiotiques, l'éprouvette reste dans l'obscurité. "Tout bien considéré, le test de sepsis dure environ trois heures - contre plusieurs jours pour une culture classique de bactéries", explique Fei Pan.

Les nanoparticules magnétiques se lient aux bactéries dans l'échantillon d'urine et peuvent être isolées par un champ magnétique (en haut). Si des agents pathogènes Pseudomonas résistants sont présents dans l'échantillon, ils peuvent être mis en évidence par une réaction de chimioluminescence. Illustration : Empa

Pseudomonas aeruginosa est un autre représentant néphaste du règne bactérien. Cette bactérie en bâtonnets peut provoquer diverses maladies, dont des infections de l'appareil urinaire, par exemple via un cathéter urinaire lors d'une hospitalisation. De telles infections peuvent ensuite évoluer vers une septicémie dangereuse. Et ces agents pathogènes sont également souvent résistants à divers antibiotiques.

C'est ici qu'intervient un autre avantage des nanoparticules magnétiques : le procédé peut être adapté sur mesure à d'autres types de bactéries, à la manière d'un jeu de construction. De cette manière, les chercheurs de l'Empa ont pu développer un "capteur de septicémie" rapide avec des nanoparticules magnétiques. Dans des échantillons d'urine artificielle, le procédé a identifié l'espèce bactérienne et a déterminé les éventuelles résistances aux antibiotiques par une réaction de chimioluminescence.

Jusqu'à présent, les chercheurs ont évalué le "kit de construction de nanoparticules magnétiques" pour la septicémie et les infections urinaires avec des échantillons de laboratoire. "Dans une prochaine étape, nous souhaitons valider les tests de septicémie en collaboration avec des partenaires cliniques en évaluant des échantillons de patients", explique Qun Ren, chercheuse à l'Empa.

Worldwide, the declining effectiveness of antibiotics causes more than one million deaths each year. For example, some staphylococci can no longer be controlled with common antibiotics because they have developed resistance. The proportion of multi-resistant pathogens is particularly worrying. Already, the worldwide antibiotic resistance of pathogens is being described as a "silent pandemic." Depending on the country, for example, in Europe over 30% (Portugal, Italy) and around 1% (Scandinavia) of staphylococci are resistant to a wide range of antibiotics. In Switzerland, the number is currently 4.7%, according to 2021 statistics from the Federal Food Safety and Veterinary Office (FSVO). The bacterium Pseudomonas aeruginosa is also resistant to many antibiotics and can lead to severe pneumonia, urinary tract infections and sepsis. Therefore, when diagnosing an infection, the speed and precision, with which a germ is identified, can be critical for the survival of those infected.

Pseudomonas aeruginosa : les agents pyogènes en forme de bâtonnets se déplacent à l'aide de flagelles. Illustration : CDC