Des moissiures produisent des métabolites que les humains ont utilisés pour améliorer leur santé. Par exemple, ils sécrètent de la pénicilline, qui est ensuite purifiée et utilisée comme antibiotique pour l'homme, conduisant au développement de nombreux autres antibiotiques. Cependant, l'écologie des métabolites fongiques dans les communautés microbiennes n'est pas bien comprise. Dans une nouvelle étude, des chercheurs utilisent des croûtes de fromage pour démontrer que les antibiotiques fongiques peuvent influencer le développement des microbiomes. L'étude est publiée dans mBio, une revue en accès libre de l'American Society for Microbiology.
«Mon laboratoire s'intéresse à la façon dont les champignons (moisissures) façonnent la diversité des communautés microbiennes là où ils vivent. Les moisissures sont répandus dans de nombreux écosystèmes microbiens, des sols à notre propre corps, mais nous en savons beaucoup moins sur leur diversité et leurs rôles dans les microbiomes par rapport aux bactéries plus largement étudiées», a dit le chercheur principal de la nouvelle étude, Benjamin Wolfe, du Département de biologie de l'Université Tufts. Son laboratoire étudie comment les champignons interagissent avec d'autres microbes dans les communautés microbiennes, en mettant l'accent sur les interactions bactériennes fongiques. «Pour étudier l'écologie des champignons et leurs interactions avec les bactéries, nous utilisons des croûtes de fromage comme écosystème microbien modèle pour comprendre ces questions de biologie de base», a dit Wolfe.
Les croûtes de fromage sont des communautés microbiennes qui se forment à la surface des fromages vieillis naturellement comme le brie, le taleggio et certains cheddars. Les couches pelucheuses et parfois collantes à la surface de ces fromages sont des communautés de microbes qui se développent au fur et à mesure que le fromage vieillit. Ils décomposent lentement le caillé du fromage en se développant à la surface et produisent des arômes et des pigments qui confèrent à chaque fromage artisanal des propriétés uniques.
Il y a plusieurs années, un fromager a contacté Wolfe avec un problème de moisissures : une moisissure devenait abondante sur les surfaces des fromages du fromager et perturbait le développement normal de leur croûte. Il semblait que les croûtes disparaissaient alors que la moisissure envahissait leur cave à fromages. Cette invasion de moisissures a fourni une occasion parfaite à Wolfe et à ses collègues d'étudier l'écologie, la génétique et la chimie des interactions fongiques-bactériennes.
L'équipe de Wolfe a commencé une collaboration avec le laboratoire de Nancy Keller à l'Université du Wisconsin pour essayer de comprendre comment cette moisissure avait un impact sur la communauté microbienne de la croûte. Ils voulaient savoir ce que la moisissure faisait aux microbes de la croûte et quels produits chimiques la moisissure pouvait produire et qui pourraient perturber la croûte.
Pour mener leur étude, les chercheurs ont d'abord supprimé un gène (laeA) dans la moisissure Penicillium qui est connu pour contrôler l'expression de produits chimiques que les champignons peuvent sécréter dans leur environnement. Ces composés sont appelés métabolites spécialisés ou secondaires. «Nous savons que de nombreux champignons peuvent produire des métabolites qui sont des antibiotiques parce que nous les avons utilisés comme médicaments pour les humains, mais nous en savons étonnamment peu sur le fonctionnement des antibiotiques fongiques dans la nature», a dit le Dr Wolfe. «Les champignons utilisent-ils réellement ces composés pour tuer d'autres microbes ? Comment ces antibiotiques produits par les champignons affectent-ils le développement des communautés bactériennes ? Nous avons ajouté notre Penicillium normal et notre Penicillium sans laeA à une communauté de bactéries de la croûte de fromages pour voir si la suppression de laeA provoquait des changements dans le développement de la communauté de bactéries.»
Les chercheurs ont découvert que lorsqu'ils supprimaient laeA, la majeure partie de l'activité antibactérienne de la moisissure Penicillium était perdue. C'était passionnant car cela a permis aux chercheurs de réduire les régions spécifiques du génome fongique qui pourraient être responsables de la production des composés antibactériens. Ils ont finalement pu les réduire à une classe de composés appelés pseurotins. Ce sont des métabolites produits par une gamme de champignons qui se sont révélés avoir des activités biologiques intéressantes, notamment la modulation du système immunitaire, la destruction des insectes et l'inhibition bactérienne.
L'étude est la première à montrer que les pseurotins peuvent contrôler la croissance et le développement des communautés bactériennes vivant avec ce champignon. Les pseurotines produites par la moisissure Penicillium dans le fromage sont fortement antibactériennes et inhibent considérablement certaines bactéries par rapport à d'autres (les bactéries inhibées étaient Staphylococcus, Brevibacterium, Brachybacterium et Psychrobacter, que l'on trouve sur de nombreux fromages artisanaux). Cela a provoqué un changement radical dans la composition du microbiome de la croûte du fromage en présence des pseurotines produites par Penicillium.
Cette étude démontre que les antibiotiques sécrétés par les champignons peuvent contrôler le développement du microbiome. Étant donné que de nombreux champignons produisent des métabolites similaires dans une gamme d'autres écosystèmes, du microbiome humain aux écosystèmes du sol, les chercheurs s'attendent à ce que ces mécanismes d'interactions fongiques-bactériennes soient répandus.
«Nos résultats suggèrent que certaines espèces de moisissures embêtantes dans les fromages artisanaux peuvent perturber le développement normal du fromage en déployant des antibiotiques», a dit Wolfe. «Ces résultats nous permettent de travailler avec des fromagers pour identifier quelles moisissures sont les mauvaises et comment les gérer dans leurs caves à fromages. Cela nous aide également à comprendre que chaque fois que nous mangeons du fromage artisanal, nous consommons les métabolites que les microbes utilisent pour rivaliser et coopérer dans les communautés.»
