Recherche pharmaceutique Les bactéries des tourbières pourraient permettre de mettre au point de nouveaux médicaments

Les chercheurs en pharmacologie s'inspirent souvent de la nature pour mettre au point de nouveaux principes actifs. Un groupe international de chercheurs a récemment analysé le génome de bactéries des tourbières afin de mieux comprendre à quel moment certains processus de synthèse de substances naturelles sont déclenchés.

Bon nombre des médicaments les plus importants – notamment les antibiotiques – sont issus de substances produites naturellement par les bactéries. Ces micro-organismes utilisent ces molécules actives comme des armes biochimiques contre leurs concurrents, ou s’en servent pour fixer les nutriments présents dans leur environnement. Une nouvelle étude menée par une équipe de recherche du pôle d’excellence « Balance of the Microverse » de l’université Friedrich-Schiller de Iéna (FSU), à laquelle participent l’université Heinrich-Heine de Düsseldorf (HHU), l’université du Delaware et le Centre allemand de recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv) de Halle-Iéna-Leipzig. Les chercheurs ont examiné de près le génome de bactéries issues d’une tourbière, comme ils le rapportent dans une publication récente. Pour leur analyse, ils ont étudié des échantillons de tourbe prélevés dans la tourbière de Schlöppnerbrunnen, située dans le massif du Fichtelgebirge, en Bavière. À l'aide du séquençage à haut débit et de ce qu'on appelle la métagénomique – qui consiste à analyser le génome de l'ensemble d'une communauté biologique directement à partir d'un échantillon environnemental –, ils ont décrypté le génome des microbes présents sur place.

Découverte de nombreux groupes de gènes jusqu'alors inconnus

Après avoir écarté les fragments incomplets, les chercheurs ont mis au jour un peu plus de 8 000 « clusters de gènes biosynthétiques » : des segments de génome qui codent pour la machinerie nécessaire à la synthèse de composés biologiquement actifs. Ce qui a surpris les chercheurs, c’est qu’environ 97 % d’entre eux ne pouvaient être classés dans aucune famille de clusters géniques connue à ce jour. Ils constituent un paysage biochimique jusqu’alors inexploré. 

Même une petite tourbière abrite une diversité étonnante de modèles de substances naturelles. Beaucoup proviennent de micro-organismes que nous avons jusqu'à présent eu du mal à étudier en laboratoire.

Auteur principal : Dr Zander Human, Université Friedrich-Schiller de Iéna

Cependant, la présence d’un plan de construction dans le génome ne signifie pas automatiquement que la substance correspondante soit effectivement produite dans la nature. Les auteurs de l’étude sont donc allés plus loin et ont analysé l’ARN messager (ARNm) afin d’identifier les gènes activement utilisés dans la tourbière. Leur résultat est remarquable : seuls 9 à 27 % environ des clusters génétiques détectés étaient réellement actifs. En revanche, les groupes de bactéries présentant un fort potentiel génétique pour la production de substances naturelles – avec parfois plus de 20 plans de construction différents dans leur génome – ne montraient qu’une activité métabolique limitée dans la tourbière. 

Ce sont au contraire les bactéries dites « acidobactéries » qui ont dominé : bien qu'elles possèdent des répertoires génétiques relativement plus restreints, elles étaient à l'origine de plus des deux tiers des signaux génétiques mesurés. Les données révèlent en outre une tendance claire : les acidobactéries activaient les gènes leur permettant de produire des substances naturelles, notamment lorsqu’elles utilisaient simultanément des enzymes pour décomposer des résidus végétaux complexes. Ces deux processus semblent donc être directement liés l’un à l’autre.

Dans quelles conditions les gènes sont-ils activés ?

« Le nombre de plans de construction ne révèle à lui seul que peu de choses sur ce qu’un micro-organisme fait réellement dans son milieu de vie. Nous devons également comprendre dans quelles conditions il active ces gènes », souligne l’auteur correspondant, le Dr Carl-Eric Wegner, de la FSU et de la HHU, qui était l’un des responsables de l’étude. Il a dirigé un sous-projet associé au pôle d’excellence « Balance of the Microverse ». Basé à Iéna, ce pôle de recherche étudie la manière dont les communautés microbiennes interagissent entre elles et maintiennent ainsi l’équilibre au sein d’écosystèmes complexes. Wegner a poursuivi ses travaux sur ce sujet après s’être installé à Düsseldorf.

« Les tourbières sont des habitats dynamiques caractérisés par des gradients environnementaux marqués, notamment en ce qui concerne la teneur en oxygène ou les nutriments disponibles. Notre étude montre de manière convaincante que la production de substances naturelles ne se fait pas de manière isolée, mais qu’elle est étroitement liée à l’équilibre physiologique et aux cycles de matières des microbes », explique le professeur Kirsten Küsel de l’université Friedrich-Schiller de Jena (FSU), co-auteure de l’étude et porte-parole du pôle d’excellence.

Le nombre de clusters de gènes biosynthétiques n'est pas le seul facteur déterminant

Cette étude apporte des informations importantes pour la biotechnologie pharmaceutique dans le cadre de la recherche ciblée de futurs principes actifs. Jusqu’à présent, la recherche sur les substances naturelles s’est principalement concentrée sur le criblage génomique de groupes bactériens connus, tels que les actinobactéries ou les pseudomonades, qui possèdent un grand nombre de clusters de gènes biosynthétiques dans leur génome. Le Dr Zander Human de la FSU, premier auteur de l’étude, explique : « Il s’est avéré qu’il ne suffit pas de rechercher uniquement les génomes contenant le plus grand nombre de plans de construction. Ce qui est déterminant, c’est plutôt de savoir dans quelles conditions écologiques les microbes ouvrent leur « boîte à outils génétique ». Ainsi, des groupes jusqu’ici négligés, tels que les acidobactéries, deviennent le centre d’intérêt de la recherche sur les substances naturelles. »

Carl-Eric Wegner : « Ces producteurs prétendument talentueux restent cependant le plus souvent silencieux dans leur milieu naturel. Concrètement, cela signifie que pour pouvoir activer ces clusters de gènes silencieux en laboratoire, nous devons reproduire de manière ciblée les stimuli écologiques appropriés de leur habitat naturel – par exemple en ajoutant des fibres végétales complexes ou des stimuli nutritionnels spécifiques. De plus, les groupes de souches jusqu’ici souvent négligés et difficiles à cultiver, comme les acidobactéries, pourraient ouvrir la voie à des classes de molécules totalement inédites, susceptibles de servir à l’avenir, par exemple, dans la lutte contre les germes résistants ou les maladies inflammatoires graves. »

Publication originale : Zander Rainier Human, René Hoover, Clara Chan, Kirsten Küsel et Carl-Eric Wegner. Grande diversité mais expression limitée des clusters de gènes biosynthétiques dans une communauté microbienne de tourbière. Nature Communications 17:10529 (2026)