Les bactéries spongieuses comme usine chimique
La plupart des substances bioactives produites par la capucine Theonella swinhoeine sont pas produites par l'éponge elle-même, mais par des bactéries qui y vivent. Une équipe de recherche internationale, dirigée par le professeur J?rn Piel de l'ETH, vient de décrire ces substances naturelles, les gènes qui leur sont associés et la souche bactérienne.
Les éponges sont des êtres vivants étranges : Ce sont des invertébrés qui vivent en symbiose avec parfois des centaines d'espèces de bactéries différentes ; un peu comme les lichens, qui sont une communauté de vie composée d'algues et de champignons. "En termes simples, de nombreuses éponges sont des amas de bactéries dans lesquels on trouve quelques cellules spongieuses", explique J?rn Piel, professeur de microbiologie à l'ETH Zurich.
Et de nombreuses éponges ont tout pour plaire : les bactéries qu'elles contiennent produisent de nombreuses substances naturelles, parfois toxiques, qui pourraient être des candidats intéressants pour une utilisation médicale. Une source particulièrement riche et bien étudiée de telles substances naturelles est l'éponge pierre. Theonella swinhoei. Il existe différents chémotypes de cette espèce, c'est-à-dire des individus de la même espèce qui contiennent des métabolites différents. De la variante jaune, Theonella swinhoei Y, que l'on trouve dans les eaux entourant l'?le de Hachijo sur la c?te est du Japon, plus de 40 substances bioactives différentes - en majorité des polycétides ou des peptides - ont pu être isolées jusqu'à présent. On ne savait toutefois pas jusqu'à présent quelle bactérie de l'éponge produisait ces substances.
Une équipe de chercheurs de plusieurs hautes écoles d'Allemagne, du Japon, des ?tats-Unis et de Suisse, dirigée par J?rn Piel, a maintenant pu identifier l'auteur de ces substances : une bactérie du genre Entotheonella. Dans une étude qui vient d'être publiée dans "Nature", les scientifiques décrivent Entotheonella-Les bactéries spongiaires sont en outre les représentantes d'une nouvelle unité systématique supérieure (phylum) au sein du règne bactérien, pour laquelle le nom de "bactérie spongiaire" est utilisé.Tectomicrobia a été sélectionné.
Centrifugation d'une éponge
Pour trouver le producteur de substances, les chercheurs ont d? séparer les éponges collectées en mer en leurs différentes parties et examiner les cellules individuelles. Après avoir centrifugé les composants de l'éponge, les scientifiques ont observé au microscope une colonie de bactéries filamenteuses qui, après avoir été éclairées par une lumière UV, sont devenues fluorescentes. Un examen plus approfondi a révélé deux bactéries proches. Entotheonella-espèces bactériennes qui colonisent l'éponge sous forme de colonie fétide. L'attribution des substances bioactives au génome des deux bactéries a finalement permis de conclure qu'un seul des deux micro-organismes produisait les substances naturelles extraites de l'éponge.
Avec leur métabolisme chimiquement diversifié, les Entotheonella-Les bactéries de l'environnement font partie de ce que l'on appelle les "producteurs talentueux". Seuls quelques groupes de microorganismes en font partie, comme les actinomycètes ou les Bacillus, qui sont capables de produire des métabolites intéressants sur le plan médical. Tous les principes actifs bactériens isolés jusqu'à présent ont été obtenus à partir de souches pouvant être multipliées en laboratoire. Entotheonellasont les premiers producteurs talentueux qui ne peuvent pas encore être cultivés. Les bactéries non cultivables représentent de loin la plus grande part de toutes les bactéries et n'ont guère été étudiées jusqu'à présent. Les travaux de recherche actuels visent à utiliser les connaissances acquises dans le cadre de cette étude pour amener les producteurs de substances actives des éponges en culture pure.
Cultiver des bactéries au lieu de collecter des éponges
Il serait certes possible d'isoler les substances intéressantes à partir d'éponges, mais ce n'est pas durable, car il faut de grandes quantités d'éponge pour accumuler les substances actives. Les substances doivent donc être produites en laboratoire, soit par la culture de souches bactériennes correspondantes, soit par la synthèse en éprouvette. Dans différents pays, un médicament anticancéreux basé sur une substance active d'éponge est déjà sur le marché. "Pour produire la substance active de manière synthétique, plus de 60 étapes de travail sont toutefois nécessaires", explique Piel, soulignant ainsi la complexité de l'entreprise.
Le professeur de l'ETH envisage une autre possibilité : transférer les gènes qui codent la production de substances actives dans un organisme facile à cultiver et qui produirait ensuite la substance souhaitée (ou un précurseur) en quantité suffisante. Mais il reste encore un long chemin à parcourir pour y parvenir.
Référence bibliographique
Wilson MC et al. An environmental bacterial taxon with a large and distinct metabolic repertoire. Nature, publication en ligne 29 janvier 2014. DOI : page externe10.1038/nature12959