Les chercheurs ont découvert un nouveau groupe de toxines bactériennes capables de tuer les bactéries et les champignons nocifs, ouvrant ainsi la porte à de nouveaux traitements potentiels contre les infections. Ces toxines, présentes dans plus de 100 000 génomes microbiens, peuvent détruire les cellules des bactéries et des champignons sans nuire aux autres organismes. L’étude a révélé comment certaines bactéries utilisent ces toxines pour rivaliser avec d’autres microbes, et les résultats pourraient conduire à de nouvelles façons de lutter contre les infections, d’autant plus que la résistance aux antibiotiques devient une préoccupation croissante.
Une nouvelle étude, publiée dans Microbiologie naturelledirigé par les chercheurs de l’Université hébraïque, le Dr Asaf Levy de l’Institut des sciences de l’environnement, le Dr Neta Schlezinger de l’École de médecine vétérinaire de Koret et le Dr Netanel Tzarum de l’Institut des sciences de la vie, en collaboration avec les chercheurs de l’Institut des sciences Weizmann, Profs. Jacob Klein et Meital Oren-Suissa, et avec le professeur Herbert Schmidt de l'Université de Hohenheim, a révélé un nouvel arsenal de toxines bactériennes susceptibles de lutter contre les maladies infectieuses humaines et végétales. Ces toxines, codées dans le génome de certaines bactéries, présentent de puissantes propriétés antibactériennes et antifongiques, offrant de nouvelles possibilités passionnantes pour les applications cliniques et biotechnologiques.
La compétition microbienne est un phénomène naturel et les bactéries ont développé des méthodes sophistiquées, notamment des toxines, pour éliminer leurs concurrents. Les exemples les plus célèbres de composés naturels utilisés en compétition dans la nature sont les antibiotiques produits par des bactéries et des champignons.
Dans cette étude, l'équipe du Dr Levy a développé une approche informatique innovante pour identifier des domaines protéiques de toxines jusqu'alors inconnus, longs de 100 à 150 acides aminés, dans plus de 105 000 génomes microbiens. Ces toxines protéiques, appelées toxines polymorphes, jouent un rôle crucial dans la guerre microbienne, ciblant et tuant les micro-organismes concurrents dans différents écosystèmes.
L'équipe de recherche, composée d'étudiants et de boursiers postdoctoraux : Nimrod Nachmias, Noam Dotan et Dr Marina Campos Rocha, ainsi que des scientifiques Dr Yaara Oppenheimer-Shaanan et Rina Fraenkel, ont validé avec succès neuf toxines nouvellement découvertes, chacune représentant une grande famille conservée au cours de l'évolution, démontrant leur capacité à provoquer la mort cellulaire dans les deux cas Escherichia coli et Saccharomyces cerevisiae lorsqu'elle est exprimée dans ces organismes modèles. Il convient de noter en particulier que cinq gènes d'antitoxine, également appelés gènes d'immunité, ont également été identifiés, qui protègent les bactéries produisant les toxines de l'autodestruction.
Il est intéressant de noter que les toxines présentent une puissante activité antifongique contre une gamme de champignons pathogènes, tout en laissant certaines espèces d’invertébrés et de macrophages intactes. Les résultats expérimentaux de l'étude suggèrent que ces toxines agissent principalement comme des enzymes efficaces ciblant des processus cellulaires essentiels, tels que la membrane cellulaire, l'ADN ou la division cellulaire. L'analyse structurale de deux complexes protéine-toxine-immunité a en outre confirmé que certaines de ces toxines possèdent une activité DNase, qui peut dégrader l'ADN dans les cellules cibles. Fait intéressant, la structure montre que la toxine est chargée positivement dans son site de liaison à l’ADN, pour se lier à l’ADN chargé négativement, tandis que la protéine antitoxine est chargée négativement pour empêcher la toxine de se lier à l’ADN cible.
Nos résultats élargissent notre compréhension de la manière dont les bactéries utilisent les toxines en compétition avec d’autres microbes et ouvrent des perspectives passionnantes pour de futures recherches sur les agents antimicrobiens indispensables contre les agents pathogènes bactériens et fongiques humains et végétaux. Le potentiel de ces toxines à servir de base à de nouveaux traitements cliniques ou à des innovations biotechnologiques est particulièrement passionnant. »
Dr Asaf Levy, Institut des sciences de l'environnement, Université hébraïque
Cette recherche améliore non seulement les connaissances sur les toxines microbiennes, mais met également en lumière leur utilisation thérapeutique potentielle. La découverte de l'équipe pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies antimicrobiennes, en particulier à l'heure où le monde est aux prises avec la montée d'agents pathogènes résistants aux antibiotiques.
L’étude a de vastes implications à la fois pour la compréhension des interactions microbiennes dans différents environnements et pour le développement d’antimicrobiens de nouvelle génération. En révélant les mécanismes par lesquels ces toxines opèrent, la recherche laisse espérer de nouveaux traitements dans la lutte continue contre les infections bactériennes et fongiques.
