Une équipe de recherche interdisciplinaire dirigée par l'Institut Leibniz-HKI de Jena a découvert un nouveau groupe de produits naturels bioactifs chez des bactéries pathogènes du genre Pandoraea : les pandorabactines. Ces substances permettent aux bactéries d'extraire du fer essentiel d'autres micro-organismes et peuvent ainsi influencer l'équilibre microbien des poumons humains.
Les bactéries du genre Pandoraea ont été peu étudiées jusqu'à présent. Leur nom évoque la boîte de Pandore de la mythologie grecque, symbole d'un danger incontrôlable. « Nous avons affaire à une bactérie résistante aux antibiotiques », explique Elena Herzog. Elle est l'auteure principale de la publication et travaille comme doctorante au sein de l'équipe dirigée par Christian Hertweck, directeur de l'étude à l'Institut Leibniz de recherche sur les produits naturels et la biologie des infections (Leibniz-HKI). Cependant, comme tant d'autres organismes dans la nature, ces bactéries pathogènes n'ont pas que des propriétés négatives. « Les bactéries Pandoraea présentent bien plus que de simples risques. Elles produisent également des substances naturelles aux effets antibactériens. »
Malgré le risque sanitaire élevé que représente Pandoraea , les propriétés moléculaires de ces bactéries étaient jusqu'alors mal connues. « On savait seulement qu'elles existent dans la nature et qu'elles peuvent être pathogènes, car on les a retrouvées dans le microbiome pulmonaire de patients atteints de mucoviscidose ou de septicémie », explique Herzog.
Tout comme il est essentiel à la plupart des organismes vivants, le fer l'est également aux bactéries. « Le fer joue un rôle central dans les enzymes et la chaîne respiratoire des organismes vivants, par exemple », explique Herzog. Dans les environnements pauvres en fer comme le corps humain, les conditions d'absorption adéquate de cet élément sont loin d'être idéales. De nombreux micro-organismes produisent donc des sidérophores : de petites molécules qui lient le fer de l'environnement et le transportent dans la cellule.
« Cependant, aucun facteur de virulence ou de niche n'était connu chez les bactéries Pandoraea qui puisse les aider à survivre », a déclaré Herzog. L'équipe de recherche a donc voulu découvrir comment les souches de Pandoraea parviennent à s'imposer dans un environnement aussi compétitif.
Grâce à des analyses bioinformatiques, l'équipe a identifié un groupe de gènes jusqu'alors inconnu, appelé pan. Ce groupe code pour une peptide synthétase non ribosomique, une enzyme typique de la production de sidérophores . « Nous avons commencé par une analyse de groupe de gènes et recherché spécifiquement les gènes susceptibles d'être responsables de la production de sidérophores », explique Herzog.
Grâce à l'inactivation ciblée des gènes, à des méthodes basées sur la culture et à des techniques analytiques de pointe – notamment la spectrométrie de masse, la spectroscopie RMN, la dégradation chimique et la dérivatisation – les chercheurs d'Iéna ont réussi à isoler deux nouveaux produits naturels et à élucider leurs structures chimiques : les pandabactines A et B. Toutes deux sont capables de complexer le fer et pourraient jouer un rôle important dans la survie des souches de Pandoraea dans des environnements difficiles. « Ces molécules aident les bactéries à absorber le fer lorsqu'il est rare dans leur environnement », explique Herzog.
Les bio-essais ont également montré que les pandorabacters inhibent la croissance d’autres bactéries telles que Pseudomonas, Mycobacterium et Stenotrophomonas en privant ces concurrents de fer.
L'analyse d'échantillons d'expectorations pulmonaires de patients atteints de mucoviscidose a également révélé une corrélation entre la détection du groupe de gènes pangéniques et les modifications du microbiome pulmonaire. Les pandabactines pourraient donc avoir une influence directe sur les communautés microbiennes des poumons malades.
« Il est toutefois encore trop tôt pour tirer des applications médicales de ces résultats », souligne Herzog. Néanmoins, cette découverte apporte des éclairages importants sur les stratégies de survie des bactéries du genre Pandoraea et sur la compétition complexe qui se joue pour les ressources vitales dans le corps humain.
publication originale
Herzog E, Ishida K, Scherlach K, Chen X, Bartels B, Niehs SP, Cheaib B, Panagiotou G, Hertweck C (2025) Sidérophores antibactériens des pathogènes Pandoraea et leur impact sur le microbiote pulmonaire pathologique . Angew Chem Int Ed 64(24), e202505714
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