Sur les traces de nouveaux candidats-médicaments
Le potentiel caché des génomes des bactéries des tourbières
Annonces
Bon nombre de nos médicaments les plus importants — en particulier les antibiotiques — proviennent de substances produites naturellement par les bactéries. Ces dernières utilisent ces molécules comme des armes biochimiques contre leurs concurrents ou pour capter les nutriments présents dans leur environnement. Une nouvelle étude révèle l’ampleur de cette panoplie d’outils microbiens dans des habitats difficiles. L'équipe de recherche a réuni des scientifiques du pôle d'excellence « Balance of the Microverse » de l'université d'Iéna, de l'université Heinrich Heine de Düsseldorf, de l'université du Delaware et du Centre allemand de recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv) de Halle-Iéna-Leipzig. Ensemble, ils ont examiné de plus près le matériel génétique des bactéries des tourbières.
Plus de 8 000 plans génétiques inexplorés
Pour leur analyse, les chercheurs ont examiné des échantillons de tourbe provenant de la tourbière de Schlöppnerbrunnen, située dans le massif du Fichtelgebirge, en Bavière. À l’aide du séquençage à haut débit et de la métagénomique, ils ont analysé le matériel génétique de la communauté microbienne locale et identifié près de 9 700 clusters de gènes biosynthétiques — des segments d’ADN contenant les instructions nécessaires à la production de composés biologiquement actifs.
Même après que l’équipe eut écarté les fragments de gènes incomplets, il restait plus de 8 000 clusters de gènes fiables. Fait remarquable, environ 97 % d’entre eux n’ont pu être rattachés à aucune famille de clusters de gènes connue auparavant dans les bases de données mondiales. Ils représentent donc un paysage biochimique en grande partie inexploré.
« Même une petite tourbière recèle une diversité étonnante de plans de fabrication de produits naturels. Beaucoup proviennent de micro-organismes qui restent difficiles à étudier en laboratoire », explique le premier auteur, Zander Human, de l’université d’Iéna.
Disposer d’un plan ne signifie pas pour autant l’utiliser
La présence d’un plan de construction dans l’ADN d’une bactérie ne signifie pas automatiquement que la substance correspondante est produite dans la nature. L’équipe est donc allée plus loin et a mesuré l’ARN messager (ARNm) afin de déterminer quels gènes étaient activement utilisés dans la tourbière.
Les résultats remettent en question les hypothèses existantes : seuls environ 9 à 27 % des groupes de gènes examinés étaient actifs dans leur milieu naturel. Certains groupes bactériens dotés d’un potentiel génétique particulièrement vaste – portant parfois plus de 20 plans différents dans leur génome – restaient largement inactifs dans la tourbière.
En revanche, ce sont les bactéries appartenant au groupe des Acidobacteriota qui se sont révélées les plus actives. Bien que leur répertoire génétique fût relativement modeste, elles représentaient environ les deux tiers des signaux mesurés provenant des gènes codant pour des produits naturels. Les données ont également mis en évidence une tendance claire : l’activité de ces gènes chez les Acidobacteriota était particulièrement élevée parallèlement à celle des gènes codant pour des enzymes qui décomposent la matière végétale complexe. La biosynthèse de produits naturels chez ces bactéries semble donc étroitement liée à la manière dont elles se procurent leurs nutriments.
« Le nombre de plans de construction à lui seul ne nous apprend pas grand-chose sur ce qu’un micro-organisme fait réellement dans son habitat. Nous devons également comprendre les conditions dans lesquelles il active ces gènes », souligne le coauteur, le Dr Carl-Eric Wegner, des universités d’Iéna et de Düsseldorf.
Comprendre l’équilibre microbien dans les tourbières
Ces résultats s’inscrivent parfaitement dans l’axe de recherche du pôle d’excellence « Balance of the Microverse », qui étudie comment les communautés microbiennes interagissent et maintiennent l’équilibre au sein d’écosystèmes complexes.
« Les tourbières sont des habitats dynamiques présentant des gradients environnementaux marqués, notamment en termes de teneur en oxygène et de disponibilité des nutriments. Notre étude montre clairement que la biosynthèse des produits naturels ne se produit pas de manière isolée, mais qu’elle est étroitement intégrée au rôle des micro-organismes dans les cycles biogéochimiques au sein de systèmes complexes », explique la professeure Kirsten Küsel, co-auteure de l’étude et porte-parole du pôle d’excellence.
Une nouvelle perspective pour la recherche pharmaceutique
Cette étude apporte un éclairage important pour la recherche de futurs médicaments : il ne suffit pas de rechercher les génomes contenant le plus grand nombre de plans de construction. Ce qui importe, c’est le contexte écologique dans lequel les micro-organismes mettent réellement à profit leur boîte à outils génétique. Des groupes jusqu’alors négligés, tels que les Acidobacteriota, suscitent donc un intérêt croissant dans la recherche sur les produits naturels.
De nouvelles orientations pour la découverte de futurs médicaments
Ces résultats ont des implications considérables pour la biotechnologie pharmaceutique et la recherche ciblée de nouveaux candidats-médicaments. La recherche sur les produits naturels s’est traditionnellement concentrée sur le criblage génomique de groupes bactériens bien connus, tels que les actinobactéries et les pseudomonades, qui abritent de vastes bibliothèques de gènes biosynthétiques.
Pourtant, comme le montre la présente étude, ces producteurs en apparence doués peuvent rester largement « silencieux » dans leur environnement naturel. Cela suggère un changement d’approche : pour activer ces clusters de gènes silencieux en laboratoire, les chercheurs doivent recréer des signaux écologiques spécifiques issus des habitats naturels de ces organismes — par exemple, en leur fournissant des fibres végétales complexes ou des signaux nutritionnels particuliers.
Des groupes jusqu’alors négligés et difficiles à cultiver en laboratoire, tels que les Acidobacteriota, occupent également le devant de la scène. Leur étude systématique pourrait ouvrir la voie à des classes de molécules entièrement nouvelles, offrant potentiellement de nouvelles perspectives pour lutter contre la résistance aux antimicrobiens ou les maladies inflammatoires graves.
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
Autres actualités du département science
