Des \u00e9vents des profondeurs marines \u00e0 d\u2019autres habitats difficiles, les chercheurs ont d\u00e9couvert une vaste ressource microbienne riche en nouveaux g\u00e8nes et groupes biosynth\u00e9tiques, puis ont utilis\u00e9 le criblage guid\u00e9 par l\u2019IA pour identifier des peptides candidats qui pourraient contribuer \u00e0 alimenter la prochaine vague de d\u00e9couvertes d\u2019antibiotiques.<\/p>\n
\u00c9tude : The Extreme Environment Microbiome Catalog (EEMC) : une ressource mondiale pour la diversit\u00e9 microbienne et la d\u00e9couverte d\u2019antimicrobiens. Cr\u00e9dit d’image : Gallwis\/Shutterstock<\/p>\n
Dans une \u00e9tude r\u00e9cente publi\u00e9e dans la revue Communications naturellesles chercheurs ont pr\u00e9sent\u00e9 le catalogue du microbiome pour environnements extr\u00eames (EEMC), une ressource \u00e0 grande \u00e9chelle con\u00e7ue pour r\u00e9v\u00e9ler la diversit\u00e9 microbienne cach\u00e9e des habitats les plus extr\u00eames de la Terre.<\/p>\n
En reconstruisant plus de 78\u00a0000 g\u00e9nomes \u00e0 partir de milliers de m\u00e9tag\u00e9nomes et d\u2019isolats, l\u2019\u00e9quipe r\u00e9v\u00e8le un vaste potentiel g\u00e9n\u00e9tique et biosynth\u00e9tique jusqu\u2019alors non caract\u00e9ris\u00e9. Le catalogue a notamment permis l\u2019identification de milliers de peptides antimicrobiens candidats (AMPc), dont beaucoup montraient in vitro activit\u00e9 contre les agents pathog\u00e8nes \u00e0 Gram n\u00e9gatif difficiles \u00e0 traiter, soulignant EEMCla promesse d’ en tant que plate-forme puissante pour la d\u00e9couverte d’antimicrobiens de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration. Cette \u00e9tude constitue une ressource importante et int\u00e9gr\u00e9e pour \u00e9tudier les microbiomes des environnements extr\u00eames.<\/p>\n
Les micro-organismes qui habitent des environnements extr\u00eames offrent une source riche, mais largement inexploit\u00e9e, de nouveaux m\u00e9tabolites ayant une valeur biom\u00e9dicale potentielle. Bien que les progr\u00e8s du s\u00e9quen\u00e7age et de la m\u00e9tag\u00e9nomique aient am\u00e9lior\u00e9 l\u2019acc\u00e8s aux microbes non cultiv\u00e9s, la plupart des \u00e9tudes restent \u00e0 petite \u00e9chelle et limit\u00e9es \u00e0 des habitats sp\u00e9cifiques, laissant la diversit\u00e9 mondiale et la capacit\u00e9 de biosynth\u00e8se insuffisamment caract\u00e9ris\u00e9es. Cette lacune est particuli\u00e8rement critique dans un contexte de menace croissante de r\u00e9sistance aux antimicrobiens et de ralentissement de la d\u00e9couverte d\u2019antibiotiques. Alors que l\u2019exploration du g\u00e9nome et l\u2019intelligence artificielle ont acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 la recherche de peptides antimicrobiens, des d\u00e9fis tels que des ensembles de donn\u00e9es limit\u00e9s, une toxicit\u00e9 n\u00e9glig\u00e9e et une prise en compte incompl\u00e8te des modifications post-traductionnelles persistent, soulignant la n\u00e9cessit\u00e9 d\u2019approches plus globales et int\u00e9gratives.<\/p>\n
Conception de l\u2019\u00e9tude sur le m\u00e9tag\u00e9nome en environnement extr\u00eame<\/p>\n
Dans la pr\u00e9sente \u00e9tude, les chercheurs ont syst\u00e9matiquement compil\u00e9 et r\u00e9analys\u00e9 les donn\u00e9es m\u00e9tag\u00e9nomiques provenant d\u2019environnements extr\u00eames du monde entier afin de cr\u00e9er une ressource g\u00e9nomique compl\u00e8te. L\u2019ensemble de donn\u00e9es couvrait divers habitats, notamment les syst\u00e8mes d\u2019eau profonde, cryosph\u00e9rique, hypersalin, g\u00e9othermique, souterrain et hyperaride, capturant une large variabilit\u00e9 environnementale.<\/p>\n
L\u2019\u00e9quipe a rassembl\u00e9 et conserv\u00e9 plus de 2\u00a0200 m\u00e9tag\u00e9nomes accessibles au public, ainsi que plus de 3\u00a0000 g\u00e9nomes isol\u00e9s, y compris des \u00e9chantillons nouvellement g\u00e9n\u00e9r\u00e9s \u00e0 partir de s\u00e9diments de suintements froids. En utilisant des crit\u00e8res de qualit\u00e9 \u00e9tablis, ils ont reconstruit et affin\u00e9 plus de 78\u00a0000 g\u00e9nomes bact\u00e9riens et arch\u00e9ens. Les chercheurs ont ensuite regroup\u00e9 ces g\u00e9nomes en unit\u00e9s taxonomiques op\u00e9rationnelles au niveau de l’esp\u00e8ce et ont effectu\u00e9 des annotations taxonomiques et des analyses phylog\u00e9n\u00e9tiques pour cartographier la diversit\u00e9 et la r\u00e9partition dans les environnements.<\/p>\n
Ensuite, l\u2019\u00e9quipe a pr\u00e9dit des cadres de lecture ouverts et construit un vaste catalogue de g\u00e8nes non redondant, suivi d\u2019une annotation fonctionnelle approfondie \u00e0 l\u2019aide de plusieurs bases de donn\u00e9es publiques. Pour \u00e9valuer la capacit\u00e9 de biosynth\u00e8se, ils ont identifi\u00e9 plus de 160 000 groupes de g\u00e8nes biosynth\u00e9tiques (BGC) et \u00e9valu\u00e9 leur nouveaut\u00e9 \u00e0 travers des approches comparatives et de regroupement. Ils ont accord\u00e9 une attention particuli\u00e8re aux peptides synth\u00e9tis\u00e9s par les ribosomes et modifi\u00e9s post-traductionnellement (RiPP), compte tenu de leur pertinence pour la d\u00e9couverte d’antimicrobiens.<\/p>\n
Pour identifier des candidats th\u00e9rapeutiques prometteurs, les chercheurs ont int\u00e9gr\u00e9 des outils d\u2019apprentissage automatique \u00e0 de grands mod\u00e8les de langage bas\u00e9s sur des prot\u00e9ines (LLM) pour pr\u00e9dire l’activit\u00e9 et la toxicit\u00e9 antimicrobiennes. Apr\u00e8s avoir s\u00e9lectionn\u00e9 des milliers de candidats, ils ont synth\u00e9tis\u00e9 des peptides de base s\u00e9lectionn\u00e9s pour validation exp\u00e9rimentale. L’\u00e9quipe a \u00e9valu\u00e9 l’activit\u00e9 antibact\u00e9rienne, les concentrations minimales inhibitrices (PRI), et la cytotoxicit\u00e9, et a \u00e9tudi\u00e9 plus en d\u00e9tail la structure et les m\u00e9canismes peptidiques \u00e0 l’aide de l’imagerie, de tests d’int\u00e9grit\u00e9 membranaire et d’autres techniques biophysiques.<\/p>\n
R\u00e9sultats de la diversit\u00e9 microbienne dans les environnements extr\u00eames<\/p>\n
Les chercheurs ont \u00e9tabli le EEMC en tant que ressource g\u00e9nomique \u00e0 grande \u00e9chelle en reconstruisant 78\u00a0213 g\u00e9nomes microbiens provenant de divers habitats extr\u00eames et en les regroupant en 32\u00a0715 groupes au niveau des esp\u00e8ces. Il est frappant de constater que plus de 86 % de ces esp\u00e8ces n\u2019ont pas \u00e9t\u00e9 cartographi\u00e9es dans les ensembles g\u00e9nomiques de r\u00e9f\u00e9rence de comparaison, r\u00e9v\u00e9lant plus de 20\u00a0000 esp\u00e8ces potentiellement nouvelles et augmentant consid\u00e9rablement la diversit\u00e9 microbienne mondiale.<\/p>\n
Le catalogue a \u00e9galement captur\u00e9 pr\u00e8s de quatre milliards de g\u00e8nes uniques, dont environ 19,21 % ne sont pas annot\u00e9s dans les bases de donn\u00e9es r\u00e9f\u00e9renc\u00e9es. De plus, l\u2019\u00e9quipe a identifi\u00e9 plus de 163\u00a0000 groupes de g\u00e8nes biosynth\u00e9tiques (BGC), dont la nouveaut\u00e9 est \u00e9valu\u00e9e par des analyses de familles et de clans de g\u00e8nes, mettant en \u00e9vidence un potentiel biosynth\u00e9tique immense et largement inexplor\u00e9.<\/p>\n
L\u2019\u00e9quipe a observ\u00e9 de fortes tendances sp\u00e9cifiques \u00e0 l\u2019habitat. Des environnements tels que les grands fonds marins et la cryosph\u00e8re ont largement contribu\u00e9 \u00e0 la nouveaut\u00e9, les grands fonds marins apportant le plus grand nombre absolu de nouveaux g\u00e8nes et groupes de g\u00e8nes. De nombreux g\u00e8nes identifi\u00e9s \u00e9taient li\u00e9s \u00e0 l\u2019adaptation au stress, au transport et \u00e0 la r\u00e9gulation m\u00e9tabolique. Les r\u00e9sultats refl\u00e8tent la mani\u00e8re dont les microbes survivent dans des conditions extr\u00eames tout en produisant divers m\u00e9tabolites secondaires.<\/p>\n
R\u00e9sultats de la d\u00e9couverte de peptides antimicrobiens candidats<\/p>\n
Utiliser des prot\u00e9ines LLMles chercheurs ont identifi\u00e9 3 032 AMPc devrait \u00eatre non toxique. Notamment, 84 % d\u2019un ensemble de 100 peptides synth\u00e9tis\u00e9s pour des tests exp\u00e9rimentaux ont inhib\u00e9 la croissance bact\u00e9rienne. Il est important de noter que les 50 candidats test\u00e9s sur des cellules de mammif\u00e8res ont montr\u00e9 une faible cytotoxicit\u00e9. Plusieurs peptides ont d\u00e9montr\u00e9 une activit\u00e9 puissante contre les bact\u00e9ries Gram-n\u00e9gatives difficiles \u00e0 traiter, certains pr\u00e9sentant une faible activit\u00e9. PRI.<\/p>\n
Les analyses structurelles et m\u00e9canistiques ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que de nombreux peptides actifs adoptent des conformations en h\u00e9lice \u03b1 et agissent en perturbant les membranes bact\u00e9riennes. Il est important de noter qu’un candidat principal, cAMP_81a montr\u00e9 une tendance r\u00e9duite \u00e0 induire une r\u00e9sistance au fil du temps. Les r\u00e9sultats soulignent la promesse de ces \u00e9chafaudages peptidiques non modifi\u00e9s \u00e0 un stade pr\u00e9coce en tant qu\u2019antimicrobiens de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration d\u00e9riv\u00e9s de microbiomes d\u2019environnements extr\u00eames inexploit\u00e9s.<\/p>\n
Implications de la biotechnologie dans les environnements extr\u00eames<\/p>\n
L’\u00e9tude positionne le catalogue du microbiome pour environnements extr\u00eames comme une ressource de r\u00e9f\u00e9rence mondiale pour explorer la diversit\u00e9 microbienne et le potentiel de biosynth\u00e8se dans les habitats les plus extr\u00eames de la Terre. En d\u00e9couvrant une vaste nouveaut\u00e9 taxonomique et en d\u00e9montrant la d\u00e9couverte r\u00e9ussie de peptides antimicrobiens non toxiques, les travaux mettent en \u00e9vidence la promesse inexploit\u00e9e des extr\u00e9mophiles pour le d\u00e9veloppement de m\u00e9dicaments. Il est important de noter que les r\u00e9sultats sugg\u00e8rent que l\u2019\u00e9chantillonnage actuel commence seulement \u00e0 capturer cette diversit\u00e9, ce qui laisse entrevoir un r\u00e9servoir beaucoup plus vaste qui reste encore \u00e0 explorer.<\/p>\n
\u00c0 l\u2019avenir, l\u2019int\u00e9gration de technologies de s\u00e9quen\u00e7age avanc\u00e9es, de l\u2019intelligence artificielle et de strat\u00e9gies de culture cibl\u00e9es sera essentielle pour lib\u00e9rer ce potentiel. Extension de la validation fonctionnelle, y compris les modifications post-traductionnelles matures RiPPconfirmation structurelle, et in vivo les tests, pourraient encore acc\u00e9l\u00e9rer la d\u00e9couverte de nouveaux produits th\u00e9rapeutiques, enzymes et compos\u00e9s bioactifs, positionnant ainsi le EEMC comme plate-forme essentielle pour les innovations futures en biotechnologie et en biom\u00e9decine.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Des \u00e9vents des profondeurs marines \u00e0 d\u2019autres habitats difficiles, les chercheurs ont d\u00e9couvert une vaste ressource microbienne riche…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":81408,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[16552,23666,7577,1785,110,23668,83,23669,23667,473,18594,84,23,1069,23665],"class_list":{"0":"post-81407","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-sante","8":"tag-aide","9":"tag-antimicrobiens","10":"tag-chercheurs","11":"tag-dans","12":"tag-des","13":"tag-habitats","14":"tag-health","15":"tag-hostiles","16":"tag-l39ia","17":"tag-les","18":"tag-peptides","19":"tag-sante","20":"tag-suisse","21":"tag-terre","22":"tag-trouver"},"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@ch_fr\/116360750246140214","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/81407","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=81407"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/81407\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/81408"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=81407"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=81407"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=81407"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}