En bref
Dans les sols gelés du Nord canadien, des traces de microbes anciens ont survécu. Les chercheurs espèrent y trouver des pistes pour fabriquer de nouveaux médicaments, mais cela demande beaucoup de travail et ne garantit aucun traitement. Ils doivent aussi veiller à respecter les peuples autochtones et à leur faire bénéficier des découvertes.
Ce que la terre gelée peut encore révéler
Sous la toundra canadienne, où le gel permanent limite fortement la vie active, les scientifiques recherchent des traces génétiques laissées par des microbes d’autrefois. Il ne s’agit pas d’extraire un médicament tout prêt d’un bloc de glace, mais de lire les informations biologiques encore présentes dans le sol et l’eau, puis de déterminer si elles peuvent mener à des molécules utiles. Cette démarche pourrait ouvrir une nouvelle voie dans la recherche d’antibiotiques, tout en soulevant des questions pratiques et éthiques aussi importantes que les découvertes elles-mêmes.
Ce que la terre gelée peut préserver
Les échantillons de pergélisol et les sédiments de l’Arctique contiennent du matériel génétique accumulé au fil du temps. Une partie s’est dégradée, si bien que les chercheurs n’en obtiennent pas toujours une image complète ni intacte. Des fragments de code génétique peuvent toutefois suffire à reconstituer des informations sur des microbes qui ne vivent plus dans leur milieu d’origine, ou sur des espèces encore mal connues.
Srijak Bhatnagar, qui dirige un groupe de recherche en bioinformatique et en microbiologie environnementale à l’Université Athabasca, décrit ces échantillons comme des archives de la vie microscopique. Depuis plusieurs années, son équipe recueille du matériel génétique environnemental dans les eaux de l’Arctique canadien. Ces échantillons pourraient révéler des microbes adaptés au froid extrême ou d’anciennes lignées que les méthodes d’observation habituelles ne détectent pas.
Mais repérer une trace génétique ne signifie pas qu’on a trouvé un microbe vivant capable de se développer, ni une substance médicinale prête à l’emploi. Les chercheurs doivent analyser l’échantillon, identifier les gènes susceptibles de participer à la production d’une molécule, puis vérifier cette hypothèse par d’autres méthodes. Tout commence par la lecture d’archives moléculaires abîmées, et le travail ne s’achève que lorsque les chercheurs ont compris le rôle des gènes, produit la molécule et vérifié ses propriétés.
À la recherche de gènes invisibles en laboratoire
La difficulté à cultiver les microbes a longtemps freiné la découverte des molécules qu’ils produisent. Selon les estimations citées par les chercheurs, environ 99 % des microbes présents dans l’environnement ne pouvaient pas être cultivés avec les méthodes classiques de laboratoire. Lorsqu’un microbe ne pousse pas dans une boîte de culture, il est difficile d’observer ce qu’il produit ou d’étudier directement ses réactions chimiques. Une grande partie de la diversité microbienne est ainsi restée hors de portée des outils habituels.
L’analyse du matériel génétique prélevé dans l’environnement, combinée au séquençage de l’ADN à l’échelle d’une seule cellule, permet de contourner en partie cet obstacle. Au lieu d’attendre que le microbe se développe, les chercheurs peuvent recueillir son matériel génétique dans un échantillon et l’analyser par ordinateur, puis tenter de reconstituer son génome. Ils recherchent ensuite des groupes de gènes susceptibles de fonctionner ensemble pour fabriquer une molécule naturelle. Ces ensembles sont appelés groupes de gènes de biosynthèse.
Le laboratoire de Justin Nodwell, à l’Université de Toronto, travaille à transférer ces groupes de gènes dans des bactéries du genre Streptomyces, puis à utiliser des outils de biologie de synthèse pour les inciter à produire des molécules. L’idée est qu’un microbe hôte, facile à manipuler en laboratoire, puisse suivre les instructions génétiques d’un autre organisme, même si celui-ci ne peut pas être cultivé. Cette méthode pourrait permettre de tester des gènes restés inactifs dans les conditions de culture habituelles et, peut-être, de produire des substances naturelles jusqu’ici impossibles à étudier.
Du code génétique à la molécule : un parcours long et coûteux
Repérer un groupe de gènes prometteur ne suffit pas à obtenir un médicament. Certains de ces groupes sont gigantesques et peuvent atteindre environ 100 000 paires de bases. Fabriquer ou assembler une telle quantité d’ADN demande beaucoup de travail et de moyens. Les multiplier par étapes nécessite aussi un grand nombre de réactions en laboratoire, ce qui fait de chaque projet un défi technique et financier.
Une autre difficulté consiste à déterminer où commence et où finit le groupe de gènes. Certains semblent clairement liés à la production d’une molécule, tandis que le rôle des gènes voisins reste incertain : participent-ils à sa fabrication ou remplissent-ils une autre fonction ? Si le processus chimique qui produit la molécule est inconnu, il devient difficile de choisir quels gènes transférer. Les chercheurs doivent alors combiner analyses informatiques et expériences, et tester parfois plusieurs hypothèses avant de trouver la bonne combinaison.
Transférer dans un microbe de laboratoire habitué à la chaleur des instructions génétiques provenant d’un microbe adapté au froid ne garantit pas non plus le succès. Des gènes actifs dans leur milieu d’origine peuvent fonctionner différemment dans un autre organisme. Il faut donc modifier et tester le groupe de gènes pour qu’il soit compatible avec son hôte. La découverte de ces gènes ne suffit pas, à elle seule, à déclencher la production de la molécule recherchée.
Les traces de l’Arctique mèneront-elles à de nouveaux médicaments ?
Explorer des milieux encore peu étudiés donne l’espoir de découvrir des molécules différentes de celles qui ont déjà été examinées à de nombreuses reprises. Le métabolisme spécialisé des microbes a fourni plusieurs molécules utilisées en médecine, notamment des traitements contre le cancer comme la doxorubicine et la rapamycine. Ces exemples incitent à se demander ce que pourrait révéler un milieu isolé et hostile comme l’Arctique, où les organismes ont dû s’adapter à des conditions inhabituelles.
Les chercheurs ne pensent toutefois pas que chaque nouveau gène mènera à un traitement, ni que chaque molécule naturelle deviendra un médicament. L’exploration d’autres milieux conduit souvent à retrouver des substances déjà connues : c’est ce qu’on appelle parfois la redécouverte de composés. Il faut donc vérifier que la molécule repérée dans un échantillon n’a pas déjà été identifiée. Et même lorsqu’elle est nouvelle, il reste à l’étudier et à vérifier qu’on peut la produire en quantité suffisante avant d’envisager une utilité médicale.
La valeur de l’exploration de l’Arctique ne se mesure donc pas au nombre de médicaments découverts rapidement. Elle tient aussi à ce qu’elle apporte à notre connaissance de la diversité microbienne et des mécanismes de production des molécules. Les résultats pourraient être une substance prometteuse, une nouvelle découverte génétique ou un enseignement sur les limites des méthodes d’analyse et de fabrication. Les chercheurs eux-mêmes mettent en garde contre les attentes excessives : passer d’un signal repéré dans des données à un traitement disponible demande de nombreuses étapes, qu’on ne peut pas brûler.
À qui appartient le savoir tiré de l’Arctique ?
Le débat ne concerne pas seulement les laboratoires et les coûts. Lorsque les données génétiques sont publiées dans des bases accessibles à tous, des chercheurs et des entreprises du monde entier peuvent les consulter et les analyser. Bhatnagar met en garde contre le risque qu’une entreprise étrangère au Canada tire parti de ces données et mette au point un produit de grande valeur, sans que les communautés liées aux ressources ou aux savoirs concernés reçoivent une juste part des bénéfices.
La question est particulièrement importante pour les peuples autochtones qui vivent dans l’Arctique canadien. Leurs connaissances traditionnelles sur les plantes, les soins et l’environnement peuvent faire partie d’un héritage culturel transmis de génération en génération : elles ne sont pas de simples informations que l’on pourrait dissocier de leurs détenteurs. La source indique que le Canada n’est pas partie au protocole de Nagoya sur l’accès aux ressources génétiques et le partage des avantages, ce qui soulève des questions sur la protection des droits biologiques et culturels de ces communautés.
Des expériences menées ailleurs incitent à la prudence : des savoirs traditionnels ont été recueillis, puis des substances qui en étaient issues ont été isolées et protégées commercialement sans tenir suffisamment compte des communautés qui avaient préservé ces connaissances et les utilisaient depuis longtemps. La collecte d’échantillons et la publication de séquences génétiques ne peuvent donc pas être considérées comme de simples opérations techniques. Il faut se demander dès le début d’un projet d’où vient le savoir, qui consent à son utilisation et qui profitera des résultats — pas attendre que la recherche ait abouti.
Conclusion
Les sols gelés de l’Arctique ouvrent une fenêtre sur la vie microscopique du passé. Les gènes qu’ils renferment pourraient révéler des mécanismes chimiques utiles à la recherche d’antibiotiques ou d’autres molécules médicales. Mais transformer cette possibilité en médicament suppose de surmonter plusieurs obstacles : lire des gènes anciens, les faire fonctionner dans un organisme hôte adapté, assembler des groupes de gènes volumineux et coûteux, puis vérifier que le produit est nouveau et utilisable. En parallèle, il est indispensable de respecter les droits des peuples autochtones et de partager équitablement les bénéfices. La réussite de cette exploration ne se mesurera pas seulement à ce qu’on pourra en extraire, mais aussi à l’équité de la manière dont ces découvertes seront faites et exploitées.