Des pigments plus performants
Une nouvelle découverte met en lumière l'utilisation bactérienne de la biomasse, avec un potentiel pour les biocarburants et les nouveaux antibiotiques
L'élucidation de la structure et de l'origine de la "substance d'affinité jaune" (YAS) permet de mieux comprendre la dégradation de la cellulose par la bactérie Clostridium therm ocellum (nouveau nom : Acetivibrio thermocellus). On suppose que le pigment jaune joue un rôle décisif dans la conversion de la biomasse végétale en sucre utilisable, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour la production de biocarburants. L'étude ouvre également de nouvelles perspectives dans la recherche sur les antibiotiques.
La comparaison de deux cultures de Clostridium thermocellum avec du papier filtre comme source de cellulose montre l'influence du pigment YAS sur la dégradation de la cellulose par la bactérie. Alors que le papier de gauche est complètement dégradé dans le sérum, une partie du papier de droite reste largement intacte sans contact avec le YAS.
© Jana Krabbe, Leibniz-HKI
Les bactéries anaérobies ont été parmi les premières formes de vie sur terre et existaient à une époque où il n'y avait pas d'oxygène dans l'atmosphère. Alors que de nombreux organismes dépendent d'un environnement riche en oxygène pour survivre, les anaérobies se développent dans des endroits où d'autres ne le peuvent pas, dans des habitats totalement dépourvus d'oxygène tels que l'intestin humain ou le fond des océans. Les enzymes de ces bactéries sont même sensibles à l'oxygène. Leur remarquable capacité d'adaptation attire de plus en plus l'attention des chercheurs.
Les bactéries anaérobies produisent souvent des substances inhabituelles. Cela les rend particulièrement intéressantes pour la recherche et la biotechnologie, par exemple pour la production d'antibiotiques ou de biocarburants. Elles sont également des acteurs indispensables du cycle naturel des nutriments en décomposant les matières organiques telles que la cellulose et en libérant des nutriments dans l'écosystème.
Une substance signal jouant un rôle clé
Clostridium thermocellum est l'un des microbes anaérobies les plus connus dans le domaine de la dégradation de la cellulose, le principal composant des parois cellulaires des plantes. Il transforme la cellulose en sucre, qui peut ensuite être utilisé pour produire des biocarburants tels que l'éthanol. Un pigment jaune visible produit par la bactérie (YAS - Yellow Affinity Substance) joue un rôle clé dans ce processus. La YAS s'attache de préférence aux fibres de cellulose. On suppose que la YAS aide à diriger les enzymes de dégradation précisément là où la cellulose est présente.
Analyse structurelle des pigments bactériens
Des chercheurs de l'Institut Leibniz pour la recherche sur les produits naturels et la biologie des infections - Institut Hans Knöll (Leibniz-HKI) et de l'Institut Max Planck pour l'écologie chimique à Iéna ont réussi pour la première fois à élucider la composition moléculaire du YAS. Les scientifiques ont découvert que le YAS est constitué de plusieurs composants, appelés celluxanthènes, et ont déterminé leurs structures moléculaires à l'aide d'analyses spectroscopiques (RMN, MS) et d'expériences de marquage isotopique. En outre, ils ont identifié le groupe de gènes biosynthétiques responsables grâce à des manipulations génétiques ciblées.
Un pigment à potentiel médical ?
De manière surprenante, les pigments ont un effet sur certains micro-organismes. Les celluxanthènes ont une légère activité antibiotique contre les bactéries Gram-positives, y compris les pathogènes résistants d'importance clinique. La compréhension de la base génétique de la biosynthèse ouvre également la possibilité de produire ou de modifier les celluxanthènes à l'avenir. Les premiers auteurs, Keishi Ishida et Jana Krabbe, voient des résultats prometteurs : "Bien que les pigments jaunes soient connus depuis près d'un siècle, leur structure est restée mystérieuse jusqu'à présent. Nous pouvons maintenant commencer à étudier les fonctions écologiques possibles, y compris l'activité antibactérienne pour défendre la source de nourriture (la cellulose) contre les concurrents."
Un pas vers un avenir durable
La découverte et la caractérisation des celluxanthènes comblent le fossé entre notre compréhension du métabolisme microbien et les applications pratiques dans le secteur de l'énergie - et peut-être dans la recherche médicale future. Les résultats pourraient également contribuer à optimiser l'utilisation de la biomasse végétale.
La recherche fait partie du projet "AnoxyGen", pour lequel Christian Hertweck a reçu l'une des prestigieuses subventions avancées du Conseil européen de la recherche. M. Hertweck est chef de département au Leibniz-HKI et professeur à l'université Friedrich Schiller d'Iéna. "AnoxyGen vise à exploiter le potentiel caché des bactéries anaérobies pour produire de nouveaux produits naturels bioactifs", explique M. Hertweck. "Beaucoup de ces micro-organismes portent dans leur génome des gènes pour la production de composés précieux, mais ceux-ci restent généralement inactifs dans les conditions de laboratoire standard." L'équipe développe de nouvelles méthodes de biologie moléculaire pour activer ces voies de biosynthèse cachées - des méthodes qui existaient auparavant principalement pour les microbes aérobies (dépendant de l'oxygène). L'objectif est de découvrir et d'exploiter des substances naturelles inconnues jusqu'à présent et présentant une valeur médicale ou biotechnologique. AnoxyGen associe la biologie synthétique moderne à la découverte de substances actives et pourrait ouvrir de nouvelles possibilités de développement pharmaceutique.
Le projet AnoxyGen contribue également au pôle d'excellence "Balance of the Microverse", qui étudie les mécanismes complexes de signalisation et de communication au sein des communautés microbiennes qui régissent la vie sur Terre.
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
Keishi Ishida, Jana Krabbe, Philippe R. Meisinger, Gulimila Shabuer, Sebastian Schieferdecker, Michael Cyrulies, Cedric Tank, Emma Barnes, Christian Paetz, Christian Hertweck; "Discovery and Biosynthesis of Celluxanthenes, Antibacterial Arylpolyene Alkaloids From Diverse Cellulose‐Degrading Anaerobic Bacteria"; Angewandte Chemie International Edition, Volume 64, 2025-4-14
Autres actualités du département science
