Un groupe de petits animaux d'eau douce se protègent des infections en utilisant des recettes d'antibiotiques « volées » à des bactéries, selon une nouvelle recherche menée par une équipe de l'Université d'Oxford, de l'Université de Stirling et du Laboratoire de biologie marine (MBL), Woods Hole.
Ces minuscules créatures sont appelées rotifères bdelloïdes, ce qui signifie « animaux rampants en forme de roue ». Ils ont une tête, une bouche, un intestin, des muscles et des nerfs comme les autres animaux, bien qu'ils soient plus petits que l'épaisseur d'un cheveu.
L'étude a révélé que lorsque ces rotifères sont exposés à une infection fongique, ils activent des centaines de gènes qu'ils ont acquis à partir de bactéries et d'autres microbes. Certains de ces gènes produisent des armes de résistance, telles que des antibiotiques et d'autres agents antimicrobiens, chez les rotifères. L'équipe présente ses conclusions cette semaine dans Communication sur la nature.
Lorsque nous avons traduit le code ADN pour voir à quoi servaient les gènes volés, nous avons eu une surprise. Les gènes principaux étaient des instructions pour des produits chimiques que nous ne pensions pas que les animaux pouvaient fabriquer ; ils ressemblaient à des recettes d'antibiotiques.
Chris Wilson, Université d'Oxford
Des recherches antérieures ont montré que les rotifères captent l'ADN de leur environnement depuis des millions d'années, mais la nouvelle étude est la première à découvrir qu'ils utilisent ces gènes pour lutter contre les maladies. Aucun autre animal n'est connu pour « voler » des gènes aux microbes à une telle échelle.
« Ces gènes complexes, dont certains ne se trouvent chez aucun autre animal, ont été acquis à partir de bactéries mais ont évolué chez les rotifères », a déclaré David Mark Welch, co-auteur de l'étude, scientifique principal et directeur du Josephine Bay Paul Center au Marine Biological Laboratory. « Cela soulève la possibilité que les rotifères produisent de nouveaux antimicrobiens qui pourraient être moins toxiques pour les animaux, y compris les humains, que ceux que nous développons à partir de bactéries et de champignons. »
Recettes pour l'autodéfense
Les antibiotiques sont essentiels aux soins de santé modernes, mais la plupart d'entre eux n'ont pas été inventés par des scientifiques. Ils sont produits naturellement par des champignons et des bactéries sauvages, et les humains peuvent en fabriquer des versions artificielles pour les utiliser comme médicaments.
La nouvelle étude suggère que les rotifères pourraient faire quelque chose de similaire.
« Ces étranges petits animaux ont copié l'ADN qui indique aux microbes comment fabriquer des antibiotiques », explique Wilson. « Nous les avons observés utiliser l'un de ces gènes contre une maladie causée par un champignon, et les animaux qui ont survécu à l'infection ont produit dix fois plus de cette formule chimique que ceux qui sont morts, ce qui indique que cela aide à supprimer la maladie. »
Les scientifiques pensent que les rotifères pourraient fournir des indices importants dans la recherche de médicaments pour traiter les infections humaines causées par des bactéries ou des champignons.
Les antibiotiques perdent de leur efficacité car les microbes responsables des maladies sont devenus résistants et ne répondent plus aux traitements. L'Organisation mondiale de la santé a récemment tiré la sonnette d'alarme en mettant en garde dans un rapport publié en juin contre la « nécessité urgente » de développer de nouveaux antibiotiques pour contrer la menace de la résistance.
« Les recettes utilisées par les rotifères semblent différentes des gènes connus des microbes », a déclaré l'auteur de l'étude, Reuben Nowell, de l'Université de Stirling. « Elles sont tout aussi longues et compliquées, mais certaines parties du code ADN ont changé. Nous pensons que la recette a été modifiée par un processus d'évolution pour produire des produits chimiques nouveaux et différents dans les rotifères. C'est passionnant car cela pourrait suggérer des idées pour de futurs médicaments. »
Les gènes que les rotifères ont acquis à partir de bactéries codent une classe inhabituelle d’enzymes qui assemblent des acides aminés en petites molécules appelées peptides non ribosomiques.
« La prochaine phase de cette recherche devrait impliquer l'identification de multiples peptides synthétisés de manière non ribosomique produits par des rotifères bdelloïdes, et l'établissement des conditions dans lesquelles la synthèse de ces composés peut être induite », a déclaré Irina Arkhipova, co-auteure de l'étude, scientifique principale au Laboratoire de biologie marine.
L’un des problèmes liés au développement de nouveaux médicaments est que de nombreux antibiotiques produits par des bactéries et des champignons sont toxiques ou ont des effets secondaires chez les animaux. Seuls quelques-uns d’entre eux peuvent être transformés en traitements qui éliminent les microbes nocifs du corps humain.
Si les rotifères produisent déjà des substances chimiques similaires dans leurs propres cellules, ils pourraient ouvrir la voie à des médicaments plus sûrs à utiliser chez d’autres animaux, y compris les humains.
Pourquoi les rotifères acquièrent-ils autant de gènes étrangers ?
La grande question est de savoir pourquoi les rotifères sont les seuls animaux qui empruntent ces gènes utiles aux microbes à des taux aussi élevés.
« Nous pensons que cela pourrait être lié à un autre fait étrange concernant ces rotifères », a déclaré Tim Barraclough, co-auteur de l'étude de l'Université d'Oxford. « Contrairement à d'autres animaux, nous ne voyons jamais de rotifères mâles. Les mères rotifères pondent des œufs qui éclosent en copies génétiques d'elles-mêmes, sans avoir besoin de rapports sexuels ou de fécondation. »
Selon une théorie, les animaux qui se copient ainsi peuvent devenir si semblables qu'ils commencent à être malades. « Si l'un d'eux attrape une maladie, les autres le seront aussi », explique Barraclough. Comme les rotifères bdelloïdes n'ont pas de relations sexuelles, ce qui permet aux gènes parentaux de se recombiner de manière bénéfique, le génome de la mère rotifère est directement transféré à sa progéniture sans introduire de nouvelle variation.
« Si les rotifères ne trouvent pas un moyen de modifier leurs gènes, ils pourraient disparaître. Cela pourrait expliquer pourquoi ces rotifères ont emprunté tant de gènes d'autres régions, en particulier tout ce qui les aide à faire face aux infections », a déclaré Barraclough.
Nowell pense qu'il y a encore beaucoup à apprendre des rotifères et de leur ADN volé. « Les rotifères utilisaient des centaines de gènes qui ne sont pas présents chez d'autres animaux. Les recettes d'antibiotiques sont passionnantes, et certains autres gènes semblent même avoir été prélevés sur des plantes. Ces découvertes font partie d'une histoire en pleine expansion sur la manière dont et pourquoi les gènes sont déplacés entre différents types de vie », a-t-il déclaré.
