De minuscules animaux volent les secrets des antibiotiques aux bactéries pour lutter contre les maladies

Un groupe de petits animaux d’eau douce se protègent de l’infection à l’aide de prescriptions 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) de Woods Hole.

Les minuscules créatures sont appelées rotifères bdelloïdes, ce qui signifie « animaux rampants ». Ils ont une tête, une bouche, des intestins, des muscles et des nerfs comme les autres animaux, bien qu’ils soient un poil plus petits.

Lorsque ces rotifères sont exposés à une infection fongique, ils activent des centaines de gènes acquis auprès de bactéries et d’autres microbes, selon l’étude. Certains de ces gènes produisent des armes de résistance telles que des antibiotiques et d’autres agents antimicrobiens chez les rotifères. L’équipe rapporte ses conclusions cette semaine Communication naturelle.

Lorsque nous avons traduit le code ADN pour voir ce que faisaient les gènes volés, nous avons été surpris. Les principaux gènes étaient des instructions pour des produits chimiques que nous ne pensions pas que les animaux pourraient fabriquer – ; On aurait dit des prescriptions d’antibiotiques.

Chris Wilson, Université d’Oxford

Des recherches antérieures ont révélé que les rotifères absorbaient l’ADN de leur environnement depuis des millions d’années. Cependant, la nouvelle étude est la première à découvrir qu’ils utilisent ces gènes contre la maladie. Aucun autre animal n’est connu pour « voler » les gènes des microbes à une aussi grande échelle.

“Ces gènes complexes – dont certains ne se trouvent chez aucun autre animal – ont été acquis à partir de bactéries mais ont évolué chez des rotifères”, a déclaré le co-auteur de l’étude David Mark Welch, scientifique principal et directeur du Josephine Bay Paul Center à la Marine Biology. Laboratoire. “Cela augmente le potentiel des rotifères à produire 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 d’auto-défense

Les antibiotiques sont essentiels aux soins de santé modernes, mais la plupart d’entre eux n’ont pas été inventés par des scientifiques. Au lieu de cela, ils sont produits naturellement par des champignons et des bactéries dans la nature, et les gens peuvent en fabriquer des versions artificielles à utiliser comme médicament.

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 vu 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 la recette chimique que ceux qui sont morts, ce qui suggère qu’il a été utilisé pour 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 deviennent moins efficaces car les microbes pathogènes sont devenus résistants et ne répondent plus au traitement. L’Organisation mondiale de la santé a récemment tiré la sonnette d’alarme, avertissant dans un rapport de juin du « besoin urgent » de développer de nouveaux antibiotiques pour contrer la menace de résistance.

“Les recettes utilisées par les rotifères sont visuellement différentes des gènes connus des microbes”, a déclaré l’auteur de l’étude Reuben Nowell de l’Université de Stirling. « Ils sont tout aussi longs et compliqués, mais des parties du code ADN ont changé. Nous pensons que la recette a été modifiée au cours d’un processus évolutif visant à produire des produits chimiques nouveaux et différents dans les rotifères. C’est passionnant car cela pourrait fournir des idées pour de futurs médicaments. »

Les gènes des rotifères, acquis à partir de bactéries, codent pour une classe inhabituelle d’enzymes qui assemblent les acides aminés en petites molécules appelées peptides non ribosomiques.

“La prochaine phase de cette recherche devrait inclure l’identification de plusieurs peptides non synthétisés par les ribosomes produits par les rotifères bdelloïdes et l’établissement des conditions dans lesquelles la synthèse de ces composés peut être induite”, a déclaré la co-auteure de l’étude, Irina Arkhipova, scientifique principale au Marine Biology. Laboratoire.

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 provoquent des effets secondaires chez les animaux. Rares sont ceux qui peuvent être convertis en traitements qui éliminent les microbes nocifs du corps humain.

Si les rotifères produisent déjà des produits 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 ?

Une grande question est de savoir pourquoi les rotifères sont les seuls animaux à acquérir ces gènes utiles auprès de microbes à un niveau aussi élevé.

“Nous pensons que cela est lié à un autre fait étrange concernant ces rotifères”, a déclaré Tim Barraclough, co-auteur de l’étude, de l’Université d’Oxford. « Contrairement aux 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 relations sexuelles ou de fécondation.

Une théorie est que les animaux qui se copient de cette manière peuvent devenir si semblables que cela devient malsain. “Si une personne contracte une maladie, les autres tombent malades”, a expliqué Barraclough. Parce que les rotifères bdelloïdes n’ont pas de sexe, ce qui permet aux gènes parentaux de se recombiner de manière bénéfique, le génome de la mère rotifère est transmis directement 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 adopté autant de gènes provenant d’autres endroits, en particulier tout ce qui les aide à faire face aux infections », a déclaré Barraclough.

Nowell pense qu’il y a beaucoup plus à apprendre des rotifères et de leur ADN volé : « Les rotifères utilisaient des centaines de gènes que l’on ne trouve pas chez d’autres animaux. Les recettes d’antibiotiques sont passionnantes, et certains autres gènes semblent même en avoir été extraits. » « Les résultats font partie d’une histoire croissante sur comment et pourquoi les gènes se déplacent entre différentes espèces de vie », a-t-il déclaré.