Ces bactéries qui émerveillent

Au premier abord, les bactéries nous font peur, car elles menacent parfois notre vie. Mais celles qui sont nuisibles ne représentent qu’une petite minorité de la multitude présente sur notre planète. Quand on porte attention à la diversité de leurs formes, fonctions, aptitudes et bienfaits, la peur se mue vite en éblouissement.

Pendant longtemps, les scientifiques ont défini les bactéries comme des organismes unicellulaires à l’intérieur desquels le matériel génétique (l’ADN) flotte librement : des procaryotes, par opposition aux eucaryotes, dont l’ADN est empaqueté dans un noyau bien défini (un groupe qui regroupe tous les autres organismes vivants, des levures aux humains). Et on les connaît surtout comme des êtres microscopiques : la très grande majorité des bactéries mesurent en moyenne d’un à cinq micromètres (des millièmes de millimètre).

Mais une récente découverte a remis en question cette classification, que l’on croyait définitive. Le 18 février dernier, Jean-Marie Volland et des collègues ont rendu public un article scientifique dans lequel ils décrivent une nouvelle bactérie ayant la forme d’un long filament visible à l’œil nu — elle peut atteindre deux centimètres de long. Qui plus est, cette bactérie géante contient deux sacs délimités par une membrane, dont l’un renferme l’ADN de la cellule (qui comprend 11 000 gènes, alors que la plupart des bactéries en comptent environ 3900 !).

Cette bactérie hors norme, que les scientifiques proposent de nommer Thiomargarita magnifica, serait-elle le chaînon manquant dans l’évolution vers les cellules plus complexes des autres êtres vivants ? Les experts s’interrogent et reconnaissent que cette bactérie qui a été identifiée à la surface des feuilles en décomposition de mangrove dans les Antilles françaises, vient brouiller la frontière entre procaryotes et eucaryotes.

Utiles et essentielles

 

La grande majorité des bactéries jouent un rôle positif sur notre planète, souligne le microbiologiste Yves Brun, professeur et chercheur à l’Université de Montréal. « L’oxygène est apparu sur Terre quand il a été produit par des cyanobactéries, il y a deux milliards d’années. Et l’apparition de l’oxygène produit par ces cyanobactéries a permis l’éclosion de formes de vie plus complexes, d’organismes multicellulaires, comme les plantes, les animaux et, plus tard, les humains. »

Dans notre vie de tous les jours, les bactéries interviennent dans la fabrication d’aliments comme le yogourt, les fromages, le kimchi, le kombucha, les bières acides ou le vin. L’arôme et le goût distinctif d’un fromage, par exemple, proviennent surtout de son microbiote, cet assemblage de bactéries et de microbes eucaryotes (souvent des levures) qui travaillent ensemble, l’un excrétant des molécules dont l’autre se nourrit.

L’apparition de l’oxygène produit par ces cyanobactéries a permis l’éclosion de formes de vie plus complexes [comme, plus tard]

— Yves Brun

« Ce genre de partenariats peut être extrêmement stable. Il en existe une multitude dans la nature », note le professeur Brun. C’est le cas des bactéries rhizobiums, qui vivent en symbiose avec les plantes légumineuses : elles forment de petits nodules sur les racines de ces végétaux, à partir desquels elles fixent l’azote de l’air et le rendent assimilables par la plante ; cette dernière, en échange, leur fournit une nourriture carbonée.

D’autres bactéries vivent aussi en symbiose partout sur le corps humain : sur notre peau, dans notre bouche et, bien sûr, dans nos intestins, où elles aident à la digestion. Certaines bactéries peuvent même être employées pour nous soigner. Des études ont notamment montré que des transplantations fécales peuvent s’avérer très efficaces pour lutter contre le Clostridium difficile. Le D^r Bertrand Routy, du Centre de recherche du CHUM, a pour sa part observé qu’un composé issu d’un fruit tropical (le camu camu) favorisait la croissance de la bactérie Ruminococcus bromii, présente dans le microbiote intestinal de l’humain. Le chercheur s’est ensuite aperçu que cette prolifération renforçait l’effet d’une forme d’immunothérapie utilisée pour traiter certains cancers chez l’humain.

Un grand potentiel

Les bactéries sont présentes partout sur Terre, certaines, dites extrêmophiles, vivent même dans des environnements comme les abysses océaniques, les glaciers et les sources chaudes.

En 1969, le microbiologiste Thomas Brock de l’Université de l’Indiana a découvert une bactérie thermophile (qui vit à des températures élevées), Thermus aquaticus, vivant dans la source chaude Octopus du parc national Yellowstone en Californie dont l’eau atteint 88 °C. En l’étudiant, M. Brock a compris que cette bactérie possédait une enzyme thermostable, qui conserve ses propriétés lors d’une élévation de la température. Cette enzyme a ensuite été utilisée, en 1985, par Kary Mullis, l’inventeur du test PCR (Polymerase Chain Réaction), dont on se sert aujourd’hui pour diagnostiquer des maladies infectieuses, comme la COVID-19. Mullis a fait appel à la polymérase parce que, lors de son test, il faut chauffer l’échantillon jusqu’à plus de 90 °C pour dénaturer l’ADN de la bactérie ou du virus qu’il contient.

À l’Université de l’Indiana, où il a travaillé de 1993 jusqu’à son arrivée à l’Université de Montréal en décembre 2018, le professeur Brun a découvert que la bactérie Caulobacter crescentus fabrique une colle pour s’attacher aux rochers des lacs et rivières où elle vit.

Et ce n’est pas tout : « Quand on a voulu savoir comment la bactérie contrôlait la production de cette colle, on a découvert que ces bactéries se servent de petits fils qui leur permettent de savoir qu’elles s’approchent d’une surface. Ces bactéries ont en quelque sorte un sens du toucher, même si elles n’ont pas de système nerveux », souligne-t-il. Des collègues physiciens ont aussi mesuré la force d’adhérence de cette colle : ils en ont déduit que « le nombre de gouttelettes nécessaires pour couvrir la surface d’une pièce de 25 cents serait suffisant pour soutenir le poids d’un éléphant », raconte le microbiologiste.

Le professeur Brun vient d’ailleurs tout juste d’être approché par une entreprise qui aimerait produire de grandes quantités de cette colle. « Les colles industrielles sont synthétisées chimiquement à partir de dérivés du pétrole. De plus en plus de compagnies désirent se tourner vers des colles plus biologiques afin de réduire le recours à des produits chimiques toxiques. »  

Le danger de la résistance aux antibiotiques

Bien que les bactéries néfastes soient minoritaires, elles restent le problème le plus grave et le plus pressant auquel la santé de l’humanité fait face en raison de leur résistance accrue aux antibiotiques dont on dispose.

Dans la seule année 2019, les bactéries résistantes ont tué plus de personnes que la COVID-19 en deux ans. Et si l’on ne trouve pas de nouvelles classes d’antibiotiques, ces bactéries pourraient causer la mort de 10 millions de personnes par année en 2050.

Traditionnellement, les compagnies pharmaceutiques testaient un à un les composés chimiques présents dans de grandes bibliothèques pour voir s’ils parvenaient à empêcher la croissance des bactéries. L’équipe du professeur Brun procède de la même façon, mais en examinant en détail ce qui se passe sous le microscope, afin de trouver des substances qui tueront les bactéries par des mécanismes différents de ceux employés par les antibiotiques actuels. « Une molécule pourrait ne pas tuer une bactérie mais réduire substantiellement sa reproduction, cela veut dire qu’il y a peut-être une partie de la molécule qui a un effet intéressant : il y a donc de l’information utile. »

Les chercheurs font aussi appel à l’intelligence artificielle pour analyser l’ensemble de ces informations. Elle leur indiquera quels genres de molécules pourraient avoir un effet antibiotique. Elle servira ensuite à trouver de telles molécules « dans des banques de composés chimiques qui n’existent que sur ordinateur, des banques in silico appelées “Make-on-Demand Library”, comprenant des dizaines de milliards de composés chimiques qui n’ont jamais été synthétisés pour la plupart, mais qui ont été bâtis de façon qu’on puisse les synthétiser facilement, rapidement et à coût modique », explique le chercheur. Toute cette recherche vise à trouver des antibiotiques contre lesquels les bactéries n'auront pas développé de défense.