Explorer le potentiel caché des microbiomes marins
Chaque litre d’eau de mer contient des milliards de bactéries, de virus, de phytoplancton et de protistes qui forment ensemble des microbiomes marins complexes. Ces communautés microscopiques sont à la base des écosystèmes marins et constituent une source immense et encore largement inexploitée d’enzymes, de composés bioactifs et d’autres molécules précieuses. Cependant, l’exploitation de leur potentiel pour des applications pharmaceutiques et cosmétiques, ainsi que pour la dépollution environnementale, reposait traditionnellement sur des approches de bioprospection lentes. Ces approches nécessitent également d’importantes ressources et peuvent exercer une pression inutile sur les écosystèmes marins.
Une exploration plus écologique de la biodiversité marine
Le projet BLUETOOLS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, avait pour objectif de remédier à ces limites en repensant l’ensemble du processus de découverte. Au lieu de s’appuyer principalement sur des échantillonnages répétés et des criblages de laboratoire à grande échelle, le projet a combiné échantillonnage ciblé, métagénomique, stratégies innovantes de culture miniaturisée, bioinformatique et évaluation de la durabilité au sein d’un même flux de travail interopérable. «Notre objectif était d’obtenir autant de connaissances que possible à partir d’une quantité de matériel bien moindre. La plupart des échantillons analysés pendant le projet existaient déjà dans les collections des partenaires, ce qui nous a permis de maximiser leur valeur scientifique tout en évitant de perturber inutilement l’environnement», explique Aurelio Hidalgo, coordinateur du projet. Le consortium a généré plus de 1 Tbp (térabase paire) de données de séquences (métagénomiques), qui pourront continuer à soutenir les travaux de recherche futurs. Parallèlement, les chercheurs ont miniaturisé les tests de criblage fonctionnel à l’échelle de gouttelettes de l’ordre du picolitre, réduisant ainsi les besoins en échantillons, la consommation de réactifs et les déchets de laboratoire. Par rapport au criblage robotisé classique, la nouvelle plateforme serait environ 400 fois plus efficace.
De la découverte à l’application
L’une des principales réalisations de BLUETOOLS a été d’intégrer des technologies souvent utilisées séparément au sein d’une plateforme unifiée de biodécouverte. L’apprentissage automatique, la biologie synthétique, la microfluidique en gouttelettes et la bioinformatique avancée ont été combinés afin d’identifier et de valider rapidement des fonctions biologiques prometteuses dissimulées au sein de microbiomes marins complexes. Les chercheurs ont identifié plus de 500 enzymes jusqu’alors inconnues présentant des applications industrielles potentielles. Ces enzymes pourraient remplacer les catalyseurs chimiques conventionnels dans des procédés biocatalytiques plus sélectifs et plus respectueux de l’environnement. BLUETOOLS a mis au point une https://doi.org/10.1093/nar/gkae1115(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) boîte à outils de métagénomique qui a permis aux chercheurs d’identifier plus de 40 enzymes dégradant les polymères, huit consortiums microbiens capables de dégrader des polymères et un ensemble de candidats antimicrobiens présentant des applications potentielles dans les soins de santé et les technologies antisalissures marines. Parallèlement, ils ont découvert plus de 4 000 groupes de gènes biosynthétiques candidats susceptibles de constituer de futures sources de produits naturels précieux. Différentes plateformes de culture ont en outre été mises au point, allant de gouttelettes microscopiques à des bioréacteurs de plus grande taille, ce qui a permis aux chercheurs d’étudier les communautés microbiennes dans diverses conditions environnementales.
Un cadre durable pour la biodécouverte marine
Au-delà des découvertes individuelles, BLUETOOLS a établi un cadre complet capable de continuer à soutenir aussi bien la recherche que l’innovation industrielle bien après la fin du projet. Le consortium s’attache désormais à valider les enzymes, les gènes de résistance, les composés antimicrobiens et les systèmes de dégradation des polymères les plus prometteurs, tout en évaluant leurs performances environnementales au moyen d’analyses du cycle de vie. Cette approche permettra de déterminer quelles technologies présentent de réels avantages en matière de durabilité et lesquelles nécessitent encore d’être optimisées avant leur déploiement commercial. BLUETOOLS montre qu’il est possible de faire progresser l’innovation scientifique tout en protégeant les écosystèmes océaniques. En transformant la manière dont les microbiomes marins sont explorés, le projet ouvre de nouvelles possibilités pour découvrir des solutions dans les domaines de la santé, de l’industrie et de la durabilité environnementale. «Notre héritage le plus important consiste à démontrer que la biodécouverte de demain doit générer à la fois de la valeur économique et une responsabilité écologique, ce que nous appelons l’“econology”», déclare Aurelio Hidalgo.
