Ils parviennent à “faire revivre” des molécules de l’âge de pierre

Les microbes sont, sans aucun doute, les meilleurs chimistes de la nature. En effet, parmi ses « créations », on trouve une grande variété d’antibiotiques et d’autres substances thérapeutiques largement utilisées aujourd’hui dans le monde entier. Cependant, la production de tous ces produits chimiques naturels n’est pas simple et, pour les fabriquer, les bactéries s’appuient sur des types de gènes spécialisés qui codent pour les protéines nécessaires à la tâche. Actuellement, l’étude scientifique des produits naturels microbiens se limite en grande partie aux bactéries vivantes, mais comme les bactéries habitent la terre depuis plus de 3 milliards d’années, il existe un énorme “trésor” de produits naturels du passé qui nous restent inconnus.

“Dans cette étude – déclare Christina Warinner, professeure agrégée d’anthropologie à l’Université de Harvard et co-auteur principal – nous avons franchi une étape importante en révélant la grande diversité génétique et chimique de notre passé microbien.” “Notre objectif – déclare Pierre Stallforth, également co-auteur principal de la recherche – est de tracer une voie pour la découverte de produits naturels anciens et d’informer sur leurs futures applications potentielles.”

Un puzzle d’un milliard de pièces

Lorsqu’un organisme meurt, son ADN se dégrade rapidement et se brise en de nombreux petits fragments. Les scientifiques peuvent identifier certains de ces extraits d’ADN en les comparant aux bases de données disponibles, mais pendant des années, les archéologues microbiens ont lutté avec le fait que l’ADN le plus ancien ne peut être comparé à rien de connu aujourd’hui. Un problème de longue date, mais que les progrès récents de l’informatique commencent à résoudre.

Les nouvelles techniques permettent en effet de reconstituer les morceaux d’ADN, comme les pièces d’un puzzle, pour reconstruire des gènes et des génomes inconnus. Le seul problème est que la technique ne fonctionne pas très bien sur l’ADN ancien, très dégradé et fragmenté, comme c’est le cas avec l’ADN qui nous vient du Pléistocène. “Nous avons dû repenser complètement notre approche”, explique le co-auteur Alexander Hübner.

Trois ans de tests plus tard, Hübner explique que l’équipe a réalisé une percée, réussissant à assembler des tronçons d’ADN reconstruit de plus de 100 000 paires de bases de longueur, ainsi qu’à récupérer un large éventail de gènes et de génomes anciens. “Maintenant,” dit le scientifique, “nous pouvons commencer avec des milliards d’anciens fragments d’ADN inconnus et les classer systématiquement dans des génomes bactériens perdus depuis longtemps à l’ère glaciaire.”

Le secret, dans le tartre

L’équipe s’est concentrée sur la reconstruction de génomes bactériens enfermés dans du tartre dentaire, également connu sous le nom de tartre, de 12 Néandertaliens qui vivaient il y a entre 102 000 et 40 000 ans, 34 humains d’il y a 30 000 à 150 ans et 18 humains actuels. Le tartre dentaire est la seule partie du corps qui se fossilise naturellement au cours de la vie, transformant la plaque dentaire en un véritable cimetière de bactéries minéralisées. Ainsi, les chercheurs ont reconstitué de nombreuses espèces de bactéries buccales, ainsi que d’autres espèces plus exotiques dont les génomes n’avaient pas été décrits auparavant. Parmi eux, par exemple, se trouvait un membre inconnu de Chlorobium, dont l’ADN très endommagé présentait les caractéristiques d’un âge avancé, et qui a été retrouvé dans le tartre dentaire de sept humains paléolithiques et néandertaliens.

Les analyses ont révélé que les sept génomes de Chlorobium contenaient un groupe de gènes biosynthétiques de fonction inconnue. “Le tartre dentaire vieux de 19 000 ans de la Dame Rouge d’El Mirón, en Espagne”, explique Anan Ibrahim, également co-auteur de l’étude, “a fourni un génome de Chlorobium particulièrement bien conservé. Ayant découvert ces gènes énigmatiques, nous avons voulu les emmener au laboratoire pour découvrir ce qu’ils faisaient.”

Les ‘paléofuranes’ arrivent

Aussitôt dit, aussitôt fait, l’équipe a utilisé les derniers outils de la biotechnologie moléculaire synthétique pour permettre aux bactéries vivantes de produire les produits chimiques codés par des gènes anciens. C’était la première fois que cette approche était appliquée avec succès à des bactéries anciennes, et elle a abouti à la découverte d’une nouvelle famille de produits naturels microbiens que les chercheurs ont surnommés les « paléofuranes ». “C’est la première étape – explique le chercheur et co-auteur Martin Klapper – pour accéder à la diversité chimique cachée des microbes du passé de la Terre, et ajoute une nouvelle dimension temporelle passionnante à la découverte de produits naturels.”

Le succès de la recherche a été rendu possible grâce à la coopération d’une vaste équipe de scientifiques, comprenant des archéologues, des bioinformaticiens, des biologistes moléculaires et des chimistes. “En travaillant en collaboration – explique Christina Warinner, signataires de l’article – nous avons pu développer les technologies nécessaires pour recréer des molécules produites il y a cent mille ans.” Dans les travaux futurs, l’équipe espère utiliser la technique pour trouver de nouveaux antibiotiques.