Trouver de nouvelles armes sur les champs de bataille de la nature
Les études génomiques ouvrent une mine de petites molécules bioactives dans les bactéries tueuses d'insectes
Les interactions entre les microbes et les autres organismes sont médiées par une pléthore de petites molécules, également appelées produits naturels. Une équipe de recherche dirigée par le Dr Yi-Ming Shi et le professeur Helge Bode de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre a réalisé une analyse systématique de la "matière noire" biosynthétique et des fonctions biologiques, créant ainsi une base solide pour la découverte et le perfectionnement futurs des produits naturels.
Cycle de vie du complexe bactéries-nématodes entomopathogènes et approche pangénomique utilisée dans cette étude. Les bactéries des genres Photorhabdus et Xenorhabdus vivent en symbiose dans les intestins des nématodes terricoles des genres Heterorhabditis et Steinernema. Les nématodes infectent les larves d'insectes dans lesquelles ils injectent les bactéries. Les bactéries tuent à leur tour les larves d'insectes, qui deviennent alors une source de nourriture pour les bactéries et les nématodes. Malgré sa complexité, ce système modèle tripartite peut être étudié en laboratoire dans diverses sous-combinaisons et à tous les stades de vie.
© Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology/Shi
Lorsque les bactéries interagissent avec d'autres organismes, une myriade de produits naturels bactériens sont impliqués. Dans la plupart des cas, il n'est pas possible de savoir quelle souche bactérienne produit quelle substance naturelle et quelles propriétés elle possède. Ainsi, des produits tels que la colibactine provenant de bactéries intestinales humaines impliquées dans le développement du cancer restent l'exception plutôt que la règle.
Les bactéries pathogènes des insectes : Des modèles de recherche à fort potentiel
Xenorhabdus et Photorhabdus vivent en symbiose avec des nématodes spécifiques. Ensemble, elles infectent et tuent les larves d'insectes vivant dans le sol. Dans le cadre de cette relation, les bactéries sont responsables de la production de nombreuses toxines et autres substances médiatrices de l'interaction. En même temps, elles peuvent être cultivées et manipulées génétiquement en laboratoire en l'absence de leur hôte nématode. Elles sont donc considérées comme des modèles de recherche prometteurs pour l'étude de l'écologie chimique des produits naturels bactériens.
Aujourd'hui, pour la première fois, ces bactéries ont fait l'objet d'une étude systématique combinant l'analyse pangénomique et l'analyse de la similarité des séquences de domaines pour répondre à deux questions centrales : quels groupes de gènes sont responsables de la production de produits naturels, et sont-ils conservés au cours de l'évolution ou uniques à ces genres bactériens ?
Découverte de nombreux groupes de gènes biosynthétiques inconnus
Les chercheurs dirigés par le Dr Yi-Ming Shi et le professeur Helge Bode ont identifié 1 000 groupes de gènes biosynthétiques, dont plus de la moitié étaient inconnus auparavant. En utilisant l'expression homologue et l'analyse de la structure chimique, l'équipe de recherche a découvert un véritable trésor biochimique. Mais quel bénéfice l'hôte nématode tire-t-il de ces substances bactériennes ?
"Notre évaluation de la bioactivité démontre que les composés prédominants sont des inhibiteurs du protéasome eucaryote qui suppriment vraisemblablement le système immunitaire des insectes, mais nous avons également identifié d'autres facteurs de virulence contre les insectes ou des suppresseurs du système immunitaire des insectes. Ainsi, nos résultats expliquent la base fonctionnelle moléculaire de ces produits naturels bactériens", déclare Yi-Ming Shi, premier auteur et auteur correspondant de la publication. "Parmi les nouvelles découvertes, de nombreux produits naturels se distinguent non seulement par leurs caractéristiques structurelles chimiques et leurs modes d'action inhabituels, mais aussi par leur prévalence dans différents taxons de bactéries. Cela implique la possibilité de disposer d'armes chimiques universelles chez les bactéries."
Des bactéries dotées de capacités particulières pour produire des substances naturelles
L'identification et la caractérisation fonctionnelle, qui ont été réalisées en coopération avec le professeur Yonggyun Kim de l'université nationale d'Andong (Corée), le professeur Michael Groll de l'université technique de Munich et le professeur Rolf Müller de l'institut Helmholtz de recherche pharmaceutique de la Sarre, ont révélé comment les bactéries orchestrent l'interaction des produits naturels pour maintenir leur mode de vie symbiotique, tout en soulignant les énormes capacités du genre Xenorhabdus en particulier à produire de nouveaux produits naturels pour les médicaments. En tant que tels, ces travaux jettent également les bases importantes d'une accélération significative de la découverte et du perfectionnement des produits naturels dans les microbiomes d'autres niches.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Shi, Y.-M.; Hirschmann, M.; Shi, Y-N.; Ahmed, S.; Abebew, D.; Tobias, N.J.; Grün, P.; Crames, J.P.; Pöschel, L.; Kuttenlochner, W.; Richter, C.; Herrmann, J.; Müller, R.; Thanwisai, A; Pidot, S. J.; Stinear, T. P.; Groll, M.; Kim, Y.; Bode, H. B.; Global analysis of biosynthetic gene clusters reveals conserved and unique natural products in entomopathogenic nematode-symbiotic bacteria; Nature Chemistry 14 (2022)
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