Les peptides spécifiques à la symbiose: une arme à double détente au service de l'humanité
Une fixation biologique à grande échelle de l'azote permettrait de réduire les effets de l'utilisation systématique d'engrais. De plus, la capacité de manipuler la différenciation des cellules bactériennes pourrait être utilisée pour mettre au point de nouveaux antibiotiques sans risque de voir apparaître des souches bactériennes pharmacorésistantes. Le projet SYM-BIOTICS, financé par l'UE, a étudié le processus de fixation de l'azote afin de trouver des solutions écologiques pour augmenter la production agricole et développer de nouveaux antibiotiques. La fixation biologique de l'azote dans les légumineuses du clade IRLC (Repeat-Lacking Clade) met en jeu des peptides NCR (nodule-specific cysteine-rich) qui modifient les propriétés des bactéries endosymbiotiques Rhizobium. Cette différenciation des bactéries, contrôlée par l'hôte, est un processus en plusieurs étapes qui débouche sur le développement de gros bactéroïdes polyploïdes non cultivables capables de fixer l'azote. Les peptides NCR: une solution gagnant-gagnant Des chercheurs ont mis au point des protocoles de pointe et étudié le rôle de la polyploïdie et la différenciation irréversible en bactéroïdes fixateurs d'azote, afin de déterminer le rôle des NCR dans ce processus. Dans dix légumineuses IRLC sélectionnées, ils ont identifié le répertoire des gènes, composé de quelques gènes à plusieurs centaines de gènes, et ont constaté une corrélation entre la morphologie des bactéroïdes et la complexité des familles de peptides NCR. Sur plus de 700 peptides NCR de Medicago truncatula, les scientifiques ont déterminé que l'on retrouve environ 150 peptides dans ces bactéroïdes, ce qui indique leur grande stabilité. Plusieurs de ces peptides, comme NCR247 et NCR169, se sont avérés essentiels pour la réussite de la symbiose, ce qui met en évidence leurs fonctions uniques et irremplaçables. «Les 700 peptides NCR résultent d'événements de duplication des gènes. Certains ont des fonctions redondantes mais d'autres sont essentiels. Parmi ceux-ci, plusieurs sont spécifiques aux espèces du genre Medicago, comme NCR169, alors que d'autres sont des acteurs majeurs du processus de différenciation des bactéries», explique le professeur Eva Kondorosi, chercheuse principale de ce projet. Point intéressant, certains de ces peptides NCR, et plus particulièrement les cationiques, ont des propriétés antimicrobiennes. Le Pr Kondorosi souligne: «Par exemple, NCR247 inhibe la division cellulaire et son interaction avec de nombreuses protéines bactériennes altère la physiologie de la bactérie en utilisant plusieurs mécanismes. In vitro, ce peptide tue de façon efficace un grand nombre de bactéries et champignons pathogènes, sans montrer de cytotoxicité pour les cellules humaines. D'autre part, l'emploi de nombreuses cibles et voies pour attaquer les micro-organismes réduit le risque d'apparition d'une résistance. Ces propriétés sont donc idéales pour la mise au point de nouveaux antibiotiques.» Les scientifiques ont obtenu de bons résultats en testant une vingtaine de peptides NCR synthétiques sur des bactéries gram-négatives et gram-positives, ainsi que sur des champignons. En plus de leur innocuité pour les lignées cellulaires humaines et animales, leurs performances étaient comparables à celles de l'amphotéricine B, un antifongique disponible sur le marché. Leur mécanisme d'action à cibles multiples minimise en outre l'émergence d'une pharmacorésistance. Les ressources végétales, une aubaine pour le genre humain Cette étude sans précédent sur la façon dont des organismes comme les plantes utilisent les peptides NCR pour manipuler et modifier les microbes apporte de nouvelles perspectives avec des applications très variées. Au-delà d'une meilleure fixation de l'azote, ces informations pourraient être utilisées pour développer des ressources pour le traitement des eaux usées, la production d'hydrogène et la dépollution. «Nous avons d'excellents candidats pour des antibiotiques à base de peptides NCR. Mais notre tâche n'est pas terminée. Du fait du coût de la synthèse chimique des peptides, nous devons réduire leur taille. Le fait de tester l'action combinée des peptides antimicrobiens pourrait être la clé pour réduire leur concentration minimale inhibitrice», conclut le Pr Kondorosi. Une demande de brevet a été déposée concernant les effets antimicrobiens des peptides NCR. Grâce aux efforts de SYM-BIOTICS, nous pourrions bientôt disposer d'antibiotiques abordables et efficaces à base de peptides.
Mots‑clés
SYM-BIOTICS, symbiose, antibiotiques, sécurité alimentaire, peptides NCR
