Science

Les Archaea diffèrent des Eucaryotes et des bactéries par leurs caractéristiques génétiques, biochimiques et structurelles1,2. Les Archaea comprennent un certain nombre d’«extrêmophiles» qui se développent dans des environnements tels que les sources hydrothermales et les lacs hypersalés3. De récentes études moléculaires ont également révélé que les Archaea, comme les bactéries, sont couramment mésophiles4.

 

Malgré les informations émergentes sur les génomes d'archées, leurs structures et fonctions, il reste encore beaucoup à découvrir. Plus de la moitié des gènes codent pour des protéines d'archées uniques avec des fonctions5 inconnues. Les difficultés dans l'isolement et la culture des Archaea contribuent également à un manque relatif de connaissances. Aucun gène ou facteur de virulence n’ont été décrits à ce jour pour les Archaea. Néanmoins, elles présentent des caractéristiques similaires à celles d’agents pathogènes connus pouvant indiquer le potentiel d’induire des maladies6. Ces caractéristiques comprennent un large accès à un hôte, des capacités de colonisation à long terme et la coexistence avec la flore endogène dans un hôte. La détection des Archaea anaérobies dans la flore microbienne humaine du colon7, du vagin8, ou de la bouche9, démontre leurs capacités à coloniser l'hôte humain.

 

Des antibiotiques peptidiques ou protéiques ont été découverts dans tous les domaines de la vie, et leur production est presque universelle. La recherche de bactériocines et d’eucaryocines est bien établie, alors que la recherche sur les archaeocines est encore très récente. À ce jour, seuls huit archaeocines (sept halocines et une sulfolobicine) ont été partiellement ou entièrement caractérisées, mais on soupçonne l’existence de centaines d’archaeocines, notamment chez les Haloarchaea.

 

Les nématodes terrestres, tels que Caenorhabditis elegans, ont été utilisés au cours des dernières années comme organisme modèle pour l'étude des bases moléculaires dans les réponses immunitaires10. Les réponses immunitaires de C. elegans sont caractérisées par la production de nombreuses protéines anti-microbiennes, dont nombreuses d’entre-elles sont conservées dans les organismes supérieurs. De nombreux gènes antimicrobiens candidats ont été identifiés dans le génome de C. elegans11,12,13,14.

 

Les sources hydrothermales sont considérées comme des «hot-spot» en écologie microbienne15, et de nombreuses études ont montré que plus les températures des sources hydrothermales sont élevées, plus les Archaea hyper thermophiles hydrothermales dominent le consortium microbien15.

 

Bien que les écosystèmes des sources hydrothermales soient parmi les environnements les plus extrêmes et les plus dynamiques de la planète, des communautés biologiquement diverses existent près des émissions hydrothermales16. Dans la vie benthique, les nématodes peuvent survivre dans des conditions généralement hostiles à la vie des métazoaires17,18 et peuvent être très abondants dans les sources hydrothermales19, 20.

 

Les Archaea et les nématodes cohabitent dans ces environnements extrêmes. Leurs interactions peuvent générer un réseau de signaux de communication potentiellement utiles dans les  réponses immunitaires.

 

Les objectifs et les résultats attendus du projet DYVA sont les suivants:

 

i . Identifier les relations entre les bactéries / archées et les nématodes dans les environnements marins extrêmes

Les interactions procaryotes - eucaryotes sont omniprésentes, et s’avèrent être importantes dans le domaine médical et environnemental. Malgré cela, peu de données existent sur ce sujet. L’objectif global du projet DYVA est d’avoir une meilleure compréhension des interactions existantes entre les nématodes et les microbes (bactéries et archées). Plus particulièrement, le projet DYVA vise à identifier comment microbes et nématodes s'adaptent les uns aux autres (physiologiquement et génétiquement) et quelles sont les conséquences des associations microbiennes/nématodes. Le projet DYVA décrira les associations entre les nématodes et les microbes dans les sources hydrothermales, envisageant les relations fortuites / forcées, les formes bénéfiques / pathogènes, et la symbiose. En outre, ce projet permettra d'étudier la diversité des nématodes libres des cheminées hydrothermales en utilisant des outils classiques et moléculaires (clés taxonomiques et barcoding), avec la description de nouvelles espèces.

 

ii. Fournir un premier aperçu du sécrétome des nématodes des environnements marins extrêmes

Le sous-ensemble de protéines / peptides excrétés et sécrétés par la cellule joue un rôle important dans la production d'infections cliniques chez l'organisme hôte. Même si plusieurs parties du sécrétome ont été identifiées à partir de nématodes parasites terrestres et des végétaux, le sécrétome des nématodes marins n'a pas encore été étudié. Le projet vise à développer une approche expérimentale pour stimuler le sécrétome de nématodes prélevés au niveau de cheminées hydrothermales. Ceci permettra l'identification des peptides et des protéines qui sont sécrétés ou excrétés par les nématodes pendant l’incubation, en culture, d’Archaea et des Bacteria.

 

iii. Recherche de peptides ou de protéines ayant une activité cytotoxique microbienne, focus sur les Archaea

Les protéines et les peptides antimicrobiens sont des éléments importants des défenses naturelles contre les agents pathogènes et se retrouvent dans un large éventail d'organismes eucaryotes. Le projet DYVA vise à découvrir de nouveaux groupes de peptides ou de protéines ayant une activité cytotoxique microbienne. Cela représente une possibilité de découvri une nouvelle génération de médicaments pour le traitement d'infections bactériennes. En outre, seul quelques archaeocines ont été découvertes et certaines ont pu être caractérisées. Les résultats attendus du projet DYVA répondront au développement exigeant des méthodes à base d'anticorps, afin de bien caractériser les antigènes spécifiques d'archées. Les produits naturels isolés pendant DYVA pourraient possiblement être exploités par des applications biomédicales et pharmaceutiques.

 

Références

  1. Zillig W (1991) Comparative biochemistry of Archaea and Bacteria Curr Opin Genet Dev 1:544–551
  2. Kandler O & Konig H (1998) Cell wall polymers in Archaea (Archaebacteria) Cell Mol Life Sci 54:305–308
  3. Madigan MT et al. (2000) Brock biology of microorganisms Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River N.J.
  4. DeLong EF (1992) Archaea in coastal marine environments Proc Natl Acad Sci USA 89:5685–5689
  5. Graham DER et al. (2000) An Archaeal genomic signature. Proc Natl Acad Sci USA 97:3304–3308
  6. Eckburg PB et al. (2003) Archaea and Their Potential Role in Human Disease Infect Immun 71(2):591-596
  7. Miller TL et al. (1982) Isolation of Methanobrevibacter smithii from human feces Appl Environ Microbiol 43:227–232
  8. Belay N et al. (1990) Methanogenic bacteria in human vaginal samples J Clin Microbiol 28:1666–1668
  9. Belay NR et al. (1988) Methanogenic bacteria from human dental plaque. Appl Environ Microbiol 54:600–603
  10. Wong D et al. (2007) Genome-wide investigation reveals pathogen-specific and shared signatures in the response of Caenorhabditis elegans to infection Genome Biology 8:R194
  11. Syntichaki P et al. (2002) Specific aspartyl and calpain proteases are required for neurodegeneration in C. elegans Nature 419:939-944
  12. Taubert S et al. (2006) A Mediator subunit, MDT-15, integrates regulation of fatty acid metabolism by NHR-49- dependent and -independent pathways in C. elegans Genes Dev 20:1137-1149
  13. Pradel E et al. (2007) Detection and avoidance of a natural product from the pathogenic bacterium Serratia marcescens by Caenorhabditis elegans Proc Natl Acad Sci USA 104:2295-2300
  14. Alper SS et al. (2007) Specificity and Complexity of the Caenorhabditis elegans Innate Immune Response Mol Cell Biol 27:5544–5553
  15. Thornburg et al. (2010) Deep-sea hydrothermal vents: Potential hot spots for natural products discovery? J Nat Prod 73:489–499
  16. Sarrazin J et al. (2006) Community structure and temperature dynamics within a mussel assemblage on the Southern East Pacific Rise CBM 47(4):483-490
  17. Zeppilli D et al. (2012) Pockmarks enhance deep-sea benthic biodiversity: a case study in the western Mediterranean Sea Diversity Distrib 18:832–846
  18. Zeppilli D et al. (2011) Mud volcanoes in the Mediterranean Sea are hot spots of exclusive meiobenthic species Prog Oceanogr 91:260–272
  19. Zeppilli D & Danovaro R (2009) Meiofaunal diversity and assemblage structure in a shallow-water hydrothermal vent in the Pacific Ocean. Aquatic Biology 5:75–84
  20. Zeppilli D & Sarrazin J (2012) À la découveRte dE la biodiVErsité cachée : la méiofaune des écosystèmes hydrothermaux (projet REVE) Rapport Visiting Scientist Ifremer 81 pp