Surnommée « Conan la bactérie » pour son extraordinaire capacité à tolérer les conditions les plus difficiles, Deinococcus radiodurans peut résister à des doses de radiations des milliers de fois supérieures à celles qui tueraient un être humain – et tout autre organisme, d’ailleurs.
Le secret de cette impressionnante résistance réside dans la présence d’une série de métabolites simples qui, combinés au manganèse, forment un puissant antioxydant. Des chimistes de l’université Northwestern et de l’Uniformed Services University (USU) ont découvert le fonctionnement de cet antioxydant.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont caractérisé un antioxydant synthétique, appelé MDP, qui s’inspire de la résilience de Deinococcus radiodurans. Ils ont découvert que les composants du MDP – les ions manganèse, le phosphate et un petit peptide – forment un complexe ternaire qui protège beaucoup plus efficacement contre les dommages causés par les radiations que le manganèse combiné à l’un ou l’autre des autres composants individuels.
Cette découverte pourrait déboucher sur de nouveaux antioxydants synthétiques spécifiquement adaptés aux besoins de l’homme. Les applications comprennent la protection des astronautes contre les rayonnements cosmiques intenses pendant les missions dans l’espace lointain, la préparation aux situations d’urgence liées aux rayonnements et la production de vaccins inactivés par les rayonnements.
« C’est ce complexe ternaire qui constitue le superbe bouclier du MDP contre les effets des radiations », explique Brian Hoffman, de Northwestern, qui a mené l’étude avec Michael Daly, de l’USU. Nous savons depuis longtemps que les ions manganèse et le phosphate forment ensemble un antioxydant puissant, mais la découverte et la compréhension de la puissance « magique » fournie par l’ajout du troisième composant constituent une percée. Cette étude a permis de comprendre pourquoi cette combinaison est un radioprotecteur si puissant et si prometteur.
L’incroyable Hulk du monde microbien
La nouvelle étude, publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, s’appuie sur des recherches antérieures menées dans le cadre de la collaboration entre Hoffman et Daly, au cours de laquelle ils ont cherché à mieux comprendre la capacité prévue de Deinococcus radiodurans à résister aux radiations sur Mars. Dans le cadre de cette recherche, l’équipe de Hoffman à Northwestern a utilisé une technique de spectroscopie avancée pour mesurer l’accumulation d’antioxydants à base de manganèse dans les cellules des microbes.
Selon Hoffman et Daly, l’importance de la dose de rayonnement à laquelle un micro-organisme ou ses spores peuvent survivre est directement liée à la quantité d’antioxydants de manganèse qu’ils contiennent. En d’autres termes, une plus grande quantité d’antioxydants de manganèse signifie une plus grande résistance aux radiations intenses.
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Dans des études antérieures, d’autres chercheurs ont découvert que Deinococcus radiodurans pouvait survivre à 25 000 grays (unités de rayons X et gamma). Mais dans leur étude de 2022, Hoffman et Daly ont découvert que la bactérie, une fois séchée et congelée, pouvait résister à 140 000 grays de rayonnement, une dose 28 000 fois supérieure à celle qui tuerait un être humain. Ainsi, s’il existe des microbes congelés et endormis enfouis sur Mars, il est possible qu’ils aient survécu jusqu’à aujourd’hui aux assauts du rayonnement cosmique galactique et des protons solaires.
Le pouvoir des trois
S’appuyant sur ses efforts pour comprendre la résistance du microbe aux radiations, l’équipe de Hoffman et Daly a étudié un décapeptide de synthèse appelé DP1. Combiné au phosphate et au manganèse, le DP1 forme l’agent anti-radicalaire MDP, qui protège efficacement les cellules et les protéines contre les dommages causés par les radiations. Dans une autre étude récente, Daly et ses collaborateurs ont découvert que le MDP est efficace dans la préparation de vaccins polyvalents irradiés.
En utilisant la spectroscopie de résonance paramagnétique avancée, l’équipe a révélé que l’ingrédient actif du MDP est un complexe ternaire – un assemblage précis de phosphate et de peptide lié au manganèse.
« Cette nouvelle compréhension du MDP pourrait conduire au développement d’antioxydants à base de manganèse encore plus puissants pour des applications dans les domaines de la santé, de l’industrie, de la défense et de l’exploration spatiale », a indiqué M. Daly.
M. Hoffman est titulaire de la chaire de chimie Charles E. et Emma H. Morrison et professeur de biosciences moléculaires au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Il est également membre de l’Institut de chimie des processus vitaux et du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de l’université Northwestern. Expert du Deinococcus radiodurans, M. Daly est professeur de pathologie à l’USU et membre du comité des académies nationales sur la protection des planètes.
