Une toxine « tueuse » pour les insectes vit dans les parcs. Pour l’homme, il peut devenir un allié. Ce sont des micro-organismes responsables de cette forte odeur terreuse qui imprègne l’air après la pluie. Dans chaque jardin, parc et terrain de jeu de la planète, la surface regorge d’un type de bactérie appelée Streptomyces, l’un des organismes les plus abondants sur Terre. Mais les molécules de cette odeur familière ne sont que la pointe de l’iceberg des produits chimiques qui produisent ces microbes vivant dans le sol. Les streptomyces sont des usines pharmaceutiques naturelles, responsables de la production de nombreux composés anticancéreux, immunosuppresseurs et antibiotiques utilisés dans les cliniques du monde entier.
Et une nouvelle étude publiée dans la revue « Nature Microbiology » ajoute un élément supplémentaire, suggérant que leur répertoire chimique est encore plus complexe qu’on ne le pensait auparavant. Des chercheurs de l’Université canadienne McMaster et des institutions américaines Boston Children’s Hospital et Harvard Medical School, en collaboration avec l’Université de Stockholm en Suède et l’Université de Yale aux États-Unis, ont identifié et caractérisé une nouvelle classe de toxines produites par certains membres de la famille des Streptomyces, très lointainement apparentées à la toxine mortelle qui provoque la diphtérie, une grave infection contagieuse chez l’homme. Malgré des similitudes structurelles avec la toxine diphtérique, ces protéines toxiques récemment découvertes ne provoquent pas de maladie chez l’homme, mais « tuent » une grande variété d’insectes.
Ils ont des origines très anciennes, reconstituent les auteurs de l’ouvrage, et pourraient également avoir des implications indirectes sur la santé humaine, ainsi que sur l’agriculture et la découverte de nouveaux médicaments. «Ces toxines, que nous appelons protéines insecticides Streptomyces antiquus, ou Saip, n’affectent que les cellules d’insectes», explique Cameron Currie, professeur au Département de biochimie et des sciences biomédicales de l’Université McMaster et co-auteur de la nouvelle étude.
Pour comprendre exactement pourquoi les Saips sont toxiques uniquement pour les insectes, les chercheurs ont utilisé la technologie d’édition du génome (Crispr) pour identifier les facteurs de l’hôte nécessaires à la toxicité. En désactivant systématiquement les gènes des cellules d’insectes, ils ont identifié une protéine de surface appelée « Fleur ». Bien que des versions de ce gène existent dans d’autres organismes, la version spécifique aux insectes est le seul récepteur connu de Saip. Ces toxines ne peuvent pas pénétrer dans les cellules sans ce récepteur, c’est pourquoi elles n’ont aucun effet sur l’homme.
Grâce à des analyses bioinformatiques, génomiques et évolutives, l’équipe de recherche a reconstruit l’apparence de ces toxines jusqu’alors inconnues au fil du temps afin de déterminer quand Streptomyces a développé la capacité de les produire. La découverte est surprenante : les Saips sont en réalité très anciens, remontant à plus de 100 millions d’années. Pour Currie, qui est également membre de l’Institut Michael G. DeGroote de recherche sur les maladies infectieuses et mène des recherches sur les pandémies à l’université canadienne, l’histoire ancienne de ces toxines suggère la possibilité qu’elles aient potentiellement joué un rôle dans le développement des maladies humaines, même si l’expert souligne qu’il s’agit encore d’une hypothèse. « Nous savons que la bactérie responsable de la diphtérie a acquis sa toxine auprès d’une autre espèce de bactérie il y a longtemps. Il est donc possible que ces toxines de Streptomyces aient été le ‘chaudron’ pour l’émergence ultérieure de la toxine diphtérique », dit-il. Toutes les espèces de Streptomyces ne produisent pas ces toxines, précise le scientifique : la grande majorité vit en effet en harmonie avec les insectes, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur d’elles.
Selon les chercheurs, cette capacité semble être limitée à quelques lignées évolutives spécifiques au sein du vaste genre Streptomyces. « Les streptomyces sont connus pour avoir des relations principalement mutualistes avec les insectes, mais nous avons découvert un clade de souches probablement pathogènes pour eux », explique Min Dong, chercheur au Boston Children’s Hospital et professeur agrégé à la Harvard Medical School, co-auteur de la nouvelle étude. Selon les experts, ces souches ont évolué pour assumer un rôle hautement spécialisé dans la nature : « Elles ne tuent pas seulement les insectes, mais sont également extraordinairement efficaces pour les consommer, en utilisant leurs hôtes morts comme source de nutriments essentiels », souligne Currie, qui a également collaboré à l’étude avec Norbert Perrimon de Harvard.
Lorsque ces souches spécialisées de Streptomyces décomposent les tissus des insectes, elles produisent simultanément de puissants produits chimiques antimicrobiens, susceptibles de repousser les microbes concurrents attirés par la même ressource. L’équipe de recherche estime donc qu’ils pourraient également représenter une source largement inexplorée de nouveaux antibiotiques ou d’autres molécules d’utilité médicale. Déjà lors de recherches antérieures, le laboratoire de Currie avait identifié un certain nombre d’antibiotiques prometteurs produits par d’autres souches de Streptomyces, ce qui rend les experts optimistes quant à la pertinence clinique de ces nouveaux produits chimiques. Currie note également que la découverte d’un Saip est importante car les toxines bactériennes peuvent avoir des implications bien au-delà de leur rôle dans la maladie. La toxine botulique, par exemple, communément appelée botox, a diverses applications médicales et cosmétiques, tandis que d’autres toxines bactériennes ont été exploitées pour des utilisations en immunologie, en agriculture et en biotechnologie.
« Pour le moment, il s’agit d’une découverte scientifique fondamentale, mais qui pourrait avoir des applications pratiques concrètes dans le futur », conclut Currie qui, avec ses collaborateurs, a breveté la découverte et commence à explorer des voies potentielles de commercialisation, notamment dans le secteur agricole, où les toxines d’insectes sont généralement très demandées.
« Une toxine comme celle-ci pourrait potentiellement aider à contrôler les vecteurs de maladies humaines, tels que les moustiques, qui peuvent transmettre le paludisme et le virus du Nil occidental, ou peut-être être utilisée pour protéger les cultures contre les insectes nuisibles. Il est possible qu’elle puisse être utilisée de plusieurs manières. » En attendant, le comportement des Saips dans des contextes biologiques plus complexes continue d’être étudié, des analyses qui permettent aux chercheurs d’isoler des antimicrobiens sécrétés par des souches de Streptomyces productrices de toxines, pour mieux comprendre leur potentiel clinique. Quelle que soit l’évolution des travaux ultérieurs, une chose est sûre pour les scientifiques : la découverte elle-même montre combien il reste encore à apprendre sur les bactéries. « Avoir identifié quelque chose d’aussi nouveau dans l’un des groupes de bactéries les plus abondants et les plus étudiés au monde montre à quel point nous en savons peu – dit Currie – Cette toxine est un rappel puissant que les bactéries sont des organismes incroyablement divers, avec des capacités qui continuent de nous surprendre. »
