Bioprospecting the Cultivable Bacteria Associated with Trididemnum maragogi from the Saint Peter and Saint Paul’s Archipelago (Brazil) for Bioactive Metabolites

Au plus profond de l'océan, là où la lumière du soleil s'estompe et où la pression augmente, la vie trouve un moyen de prospérer grâce à des partenariats inattendus. Parmi les partenariats les plus fructueux figurent les relations entre les animaux marins et les bactéries microscopiques qui vivent sur eux ou en eux. Pendant des décennies, les scientifiques ont su que ces minuscules voisins ne sont pas de simples passagers ; ils sont souvent les véritables usines derrière les puissants composés chimiques présents chez les créatures marines. Beaucoup des médicaments que nous utilisons aujourd'hui, en particulier ceux qui luttent contre le cancer, ont été découverts à l'origine dans des animaux marins comme les ascidies, mais des recherches plus approfondies ont révélé que les bactéries vivant en elles sont fréquemment celles qui fabriquent réellement les médicaments. Cette prise de conscience a déplacé l'attention de la découverte de médicaments vers le monde microscopique, où les chercheurs traquent de nouvelles structures chimiques qui pourraient devenir la prochaine génération de traitements vitaux.

Dans un coin reculé de l'océan Atlantique, loin des côtes brésiliennes, se trouve un petit groupe d'îles volcaniques connu sous le nom d'archipel de Saint-Pierre-et-Paul. Ce lieu isolé abrite une espèce unique d'ascidie, un petit animal stationnaire qui filtre l'eau pour se nourrir. Une équipe de chercheurs s'est rendue dans cet archipel pour collecter des échantillons de cette ascidie spécifique, qui pousse en larges plaques plates sur le fond rocheux de l'océan. Leur objectif n'était pas d'étudier l'animal lui-même, mais d'étudier la communauté de bactéries vivant à sa surface. Ils voulaient voir si ces microbes pouvaient produire des substances chimiques capables d'arrêter la croissance de cellules cancéreuses, une propriété connue sous le nom d'activité antiproliférative.

Les scientifiques ont ramené leurs échantillons au laboratoire et ont commencé le travail lent consistant à séparer les bactéries du tissu de l'ascidie. Ils ont placé de petites quantités de matière animale broyée sur différents types de plaques riches en nutriments, attendant que les bactéries se développent en colonies visibles. Sur plusieurs mois, ce processus a produit cinquante souches bactériennes distinctes. Les chercheurs ont ensuite identifié le type de bactéries qu'ils avaient trouvées en lisant un code génétique spécifique commun à tous les êtres vivants. Ils ont découvert un mélange diversifié de microbes, incluant des groupes connus pour leur capacité à produire des médicaments complexes, tels que les Bacillus et plusieurs types d'actinomycètes, qui sont des bactéries célèbres pour la fabrication d'antibiotiques.

Pour tester l'utilité de ces bactéries, l'équipe les a cultivées dans des milieux liquides et a extrait les substances chimiques qu'elles produisaient. Ils ont ensuite exposé ces extraits à deux types différents de cellules cancéreuses humaines dans une boîte de Pétri : l'une provenant d'un mélanome cutané et l'autre d'un cancer du côlon. Les résultats étaient prometteurs. Plusieurs extraits bactériens ont arrêté la croissance des cellules cancéreuses, certains montrant des effets particulièrement marqués. Les extraits les plus performants provenaient de bactéries appartenant aux groupes Micromonospora et Salinispora. Ces souches spécifiques étaient capables de tuer ou d'arrêter la croissance des cellules cancéreuses à de très faibles concentrations, suggérant qu'elles produisaient des armes chimiques puissantes.

Cependant, savoir qu'une bactérie tue des cellules cancéreuses n'est que la première étape. Les chercheurs devaient comprendre quels produits chimiques en étaient responsables. Ils ont utilisé une technique sophistiquée qui sépare et identifie les molécules en fonction de leur poids et de leur structure. Cette méthode leur a permis de créer une carte des substances chimiques présentes dans les extraits. Ils ont découvert que certains des extraits actifs contenaient des familles de composés connus, tels que les staurosporines et les rifamycines, qui possèdent déjà des propriétés anticancéreuses. Pourtant, la découverte la plus frappante fut que la grande majorité des signaux chimiques détectés ne correspondaient à rien dans les bases de données existantes. Environ quatre-vingt-quinze pour cent des substances chimiques trouvées étaient totalement inconnues de la science, représentant une diversité chimique cachée qui n'avait jamais été vue auparavant.

Pour approfondir ce mystère, l'équipe a sélectionné l'une des bactéries les plus actives, une souche de Micromonospora, et a séquencé l'intégralité de son code génétique. Cette carte génomique a révélé que la bactérie possédait vingt groupes de gènes distincts dédiés à la fabrication de molécules complexes. Si certains de ces groupes de gènes correspondaient à des voies connues pour la fabrication d'antibiotiques ou d'autres médicaments, beaucoup d'autres semblaient être entièrement nouveaux. Le plan de montage génétique suggérait que la bactérie avait la capacité de produire une grande variété de composés, y compris certains qui n'avaient jamais été décrits. Cela a confirmé que les bactéries ne fabriquaient pas seulement les quelques substances chimiques connues que les chercheurs avaient repérées, mais qu'elles synthétisaient probablement un éventail beaucoup plus large de substances inédites.

L'étude conclut que les ascidies de l'archipel de Saint-Pierre-et-Paul, et les bactéries qui vivent avec elles, constituent une source riche et largement inexplorée de nouveaux médicaments. Bien que les chercheurs n'aient pas isolé un seul nouveau médicament au cours de cette étude spécifique, ils ont démontré que ces îles océaniques isolées abritent des communautés microbiennes capables de produire une vaste gamme de substances chimiques uniques. Ce travail souligne la valeur de regarder au-delà de l'animal lui-même pour s'intéresser à ses partenaires microscopiques qui vivent en lui. En combinant l'étude de la génétique bactérienne et l'analyse de leur production chimique, les scientifiques peuvent mieux naviguer dans la « matière noire » de l'océan — les millions de molécules inconnues qui attendent d'être découvertes. Cette approche offre une voie puissante pour trouver la prochaine génération de traitements pour des maladies comme le cancer, ancrée dans la biodiversité des écosystèmes les plus isolés du monde.