Une pharmacie sous-marine: à la recherche de micro-organismes marins bénéfiques
Notre relation avec les micro-organismes bénéfiques qui nous entourent fait partie intégrante de notre évolution: la première fermentation, vers 7000 av. J.-C. les bactéries fixatrices d’azote découvertes à la fin du XIXe siècle, et la découverte de la pénicilline au début du XXe siècle en sont autant d’exemples. Les maladies infectieuses continuent de menacer la santé humaine, l’aquaculture et l’agriculture, tandis que la résistance aux antimicrobiens (RAM) réduit l’efficacité de nombreux traitements antibiotiques existants. Dans le même temps, les agriculteurs et les aquaculteurs subissent des pressions pour réduire leur dépendance vis-à-vis des antibiotiques conventionnels et des pesticides chimiques. Le projet MARBLES(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a été conçu pour relever ces défis mondiaux en identifiant des solutions microbiennes naturelles issues du milieu marin susceptibles de contribuer à la prévention des maladies, à l’amélioration de la santé des cultures et des poissons, et potentiellement à de futures applications dans le domaine des soins de santé. Mariana Avalos Garcia(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), gestionnaire du projet MARBLES à l’université de Leyde(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), aux Pays-Bas, explique que les scientifiques n’ont exploré qu’une infime fraction de la diversité microbienne mondiale. «Les milieux marins sont particulièrement prometteurs car les organismes y ont développé des mécanismes uniques pour survivre à une concurrence intense, aux maladies et au stress environnemental. Ce faisant, ils produisent souvent, pour se protéger, des composés inédits qui ne ressemblent à rien de ce que l’on trouve sur terre», note Mariana Avalos Garcia. MARBLES s’est donc intéressé à cette biodiversité marine largement inexploitée comme source de nouveaux composés anti-maladies et de microbes bénéfiques. L’équipe s’est concentrée sur les éponges marines, qui présentent un intérêt particulier car elles abritent des communautés microbiennes extrêmement diversifiées, connues pour produire de nombreux produits naturels. Les microalgues et les poissons ont été choisis en raison de leur pertinence directe pour l’aquaculture et la production durable de cultures vivrières. Gilles van Wezel(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordinateur du projet MARBLES et professeur de biotechnologie moléculaire(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’université de Leyde, ainsi que son équipe, souhaitaient également trouver des solutions de lutte contre les maladies pour l’aquaculture et l’agriculture. «Traditionnellement, la lutte contre les maladies repose largement sur les antibiotiques, les pesticides chimiques et d’autres traitements de synthèse. Bien que souvent efficaces, ces approches peuvent contribuer à la RAM, contaminer l’environnement et avoir des impacts sur des organismes non ciblés», explique-t-il.
Amener les microbes à réagir aux tests sur terre comme ils le feraient sous l’eau
Il s’agit d’une tâche exigeante. De nombreux microbes possèdent les instructions génétiques nécessaires pour produire des composés potentiellement utiles, mais dans des conditions de laboratoire normales, ces instructions restent «désactivées». MARBLES a cherché à identifier les signaux chimiques naturels produits par les organismes marins et leurs partenaires microbiens qui indiquent à ces micro-organismes qu’il faut réactiver ces voies cachées. Ces signaux chimiques sont appelés «éliciteurs». «Pour faire une analogie simple, nous pouvons dire que les microbes disposent déjà d’une bibliothèque remplie de livres, mais que la plupart de ces livres sont cachés. Trouver un éliciteur, c’est comme trouver la clé qui ouvre l’accès à des livres jusque-là non lus, permettant ainsi aux scientifiques de découvrir des molécules utiles qui, autrement, resteraient cachées», explique Mariana Avalos Garcia. Le projet a combiné l’écologie, la génomique, la microbiologie, la bio-informatique et la chimie des produits naturels afin de comprendre non seulement quels microbes étaient présents, mais aussi comment ils interagissent et quelles molécules ils produisent. Cette approche systémique a aidé les chercheurs à identifier des composés prometteurs et des communautés microbiennes bénéfiques plus efficacement que les méthodes de criblage traditionnelles. En cultivant des microbes et en produisant des composés par fermentation, plutôt qu’en prélevant de grandes quantités d’organismes marins sauvages tels que les éponges et les poissons, MARBLES a cherché à minimiser la pression sur les écosystèmes naturels. Comme l’explique Gilles van Wezel: «La biodiversité recèle un immense potentiel pour la mise au point de nouveaux médicaments. L’idée derrière MARBLES était de rechercher des composés prometteurs, tout en préservant la biodiversité dont on tire parti. Ainsi, nous ne prélevons pas d’éponges dans l’océan, mais nous identifions les micro-organismes, les bactéries qui s’y trouvent, nous les isolons, tout en laissant les éponges se développer.» Le projet respectait également les cadres internationaux régissant l’accès aux ressources génétiques marines et le partage des avantages qui en découlent, tout en favorisant l’utilisation durable de la biodiversité marine.
Identifier les composés microbiens marins présentant un potentiel médicinal
À l’issue du projet, l’équipe avait analysé plus de 1 200 souches microbiennes, préparé plus de 8 000 extraits, et étudié ceux-ci dans le cadre de plus de 160 000 tests biologiques, contre différents agents pathogènes présents en aquaculture et affectant la santé humaine. MARBLES a recouru à de nouveaux outils logiciels pour identifier les extraits les plus prometteurs et à de nouveaux composés présentant une activité puissante et sélective contre certaines souches pathogènes. «Pour plusieurs d’entre eux, nous avons entamé le processus de mise à l’échelle afin de déterminer s’ils peuvent être produits de manière durable en vue de nouveaux tests biologiques», note Mariana Avalos Garcia, qui ajoute que grâce à la subvention de l’UE et au leadership de Gilles van Wezel, les objectifs du projet ont non seulement été atteints, mais le parcours pour y parvenir a aussi apporté une expérience précieuse aux chercheurs. «Nous n’aurions pas pu bénéficier d’un meilleur accompagnement et d’une meilleure supervision», fait remarquer Mariana Avalos Garcia.
