La traque des enzymes du tube digestif humain

Chargé de recherche à l’Institut Micalis (1) du centre Inra de Jouy-en-Josas, départements Alimentation humaine et Microbiologie et chaîne alimentaire, Olivier Berteau s’intéresse aux bactéries qui peuplent le tube digestif, un champ de recherche émergent mais qui fait déjà l’objet d’une âpre concurrence internationale. Il reçoit en 2013 une bourse du Conseil européen de la recherche pour un projet, à l'interface entre la chimie et la biologie, visant à étudier une famille de nouvelles enzymes catalysant des réactions chimiquement difficiles mais essentielles pour le Vivant.

Olivier Berteau. © INRA
Par Magali Sarazin
Mis à jour le 28/06/2017
Publié le 12/10/2010

Modifier les enzymes pour mieux les comprendre

Olivier Berteau traque les enzymes que les bactéries synthétisent pour modifier les composés alimentaires ou coloniser leur hôte. Le chercheur veut comprendre le rôle précis de ces enzymes, peu étudiées jusque là, et dont certaines comme les sulfatases, pourraient devenir des catalyseurs hors pairs au service de la chimie verte et du développement durable.

Lumière sur les sulfatases, enzymes phares du tube digestif humain

Depuis son recrutement en 2005 à l’Unité d’écologie et de physiologie du système digestif de l’Inra, devenue il y a quelques mois la très grande unité Micalis (structure fédérant 23 équipes de l’Inra), Olivier Berteau n’a d’yeux que pour les sulfatases, enzymes essentielles à l’élimination des composés sulfatés. Les bactéries qui les sécrètent sont impossibles à mettre en culture mais le chercheur et sa petite équipe développent des solutions innovantes pour étudier le fonctionnement de leurs enzymes. « Le séquençage du métagénome (2) intestinal humain, achevé en 2010, a étayé une partie de nos hypothèses concernant l’adaptation des bactéries au tube digestif humain. En effet, alors que notre tube digestif offre un environnement propice à l’implantation de nombreuses bactéries avec une température et un approvisionnement en nutriments régulé, seuls certains groupes bactériens s’y implantent. Ainsi les centaines d’espèces bactériennes du microbiote (3) appartiennent essentiellement à deux grands groupes de bactéries, les Firmicutes et les Bacteroidetes. Or, au sein de ce dernier groupe, de nombreux gènes codant pour des sulfatases ont pu être mis en évidence ». Les chercheurs ont ainsi montré que les bactéries qui synthétisent les sulfatases « sont surreprésentées dans le tube digestif humain, comparées aux bactéries isolées dans d’autres environnements comme le sol ou même d’autres parties du corps humain comme la bouche. On les a donc soupçonnées de jouer un rôle essentiel pour l’adaptation au tube digestif ».

L’enquête révèle peu à peu  leur rôle clé dans notre santé

À quoi peuvent bien servir les sulfatases de ces bactéries, sachant que nous n’ingérons aucun aliment sulfaté ? Pour en savoir plus, Olivier Berteau conduit une démarche originale, pluridisciplinaire. « Nous utilisons des techniques de génétique, de biologie moléculaire, de physico-chimie et bien sûr de biochimie pour purifier et caractériser le fonctionnement de ces enzymes, méthodologies que j’ai acquises au cours de mon doctorat à l’université Paris 13 puis durant mes stages post-doctoraux à l’université suédoise des sciences agricoles et au Commissariat à l’énergie atomique de Grenoble ».

Généralement décrites comme impliquées dans l’apport en soufre (élément essentiel aux bactéries comme le carbone ou l’azote), les sulfatases produites par les bactéries jouent en fait un rôle important dans la colonisation du tube digestif comme le chercheur l’a récemment démontré in vivo en collaboration avec l’université de Washington. « Plus on en apprend sur les sulfatases, reconnaît au passage Olivier Berteau, plus leur fonctionnement s’avère complexe ». Il a ainsi découvert que les sulfatases peuvent non seulement modifier des micronutriments sulfatés, mais également des composés sulfatés constitutifs de certains tissus du tube digestif. « Les bactéries commensales, qui vivent avec nous et dont une partie synthétise des sulfatases, sont considérées pour la plupart comme bénéfiques pour l’homme, notamment parce qu’en occupant le terrain elles empêchent les bactéries pathogènes de s’installer et qu’elles produisent entre autres, des vitamines essentielles à l’homme. La situation est cependant complexe et il faudra encore de nombreux travaux pour comprendre le rôle de ces bactéries et de leurs enzymes sur la physiologie et la santé humaine ».

Vers des applications en chimie verte et en santé humaine

Olivier Berteau et son équipe. © inra
Olivier Berteau et son équipe © inra
À 40 ans, le chercheur est également impliqué dans le projet européen PolyModE (4) réunissant quinze partenaires. Les scientifiques constituent une bibliothèque de nouvelles enzymes, qui, à l’image des sulfatases, sont capables de modifier des polysaccharides. Ce projet devrait être une source d’innovation pour le développement de nouveaux catalyseurs biologiques. Ceux-ci sont très attendus par le secteur pharmaceutique en recherche de nouvelles molécules mais aussi comme alternative aux procédés chimiques pour le développement durable. « Nous envisageons également d’intégrer nos travaux dans le cadre de la biologie synthétique (5). En produisant des variantes de sulfatases, nous avons par exemple réussi à catalyser de façon inattendue des réactions différentes, résultat qui a fait l’objet d’une publication récente avec l’université de Cambridge. Notre but est d’arriver à modifier les enzymes pour mieux les comprendre et pourquoi pas un jour peut-être, fabriquer de nouvelles enzymes » explique posément Olivier Berteau.

Grâce à deux programmes financés par l’Agence nationale de la recherche, il étudie également d’autres enzymes du microbiote : une famille des métallo-enzymes via le projet AdoMet ainsi que le système enzymatique qui produit la colibactine, toxine qui pourrait être à l’origine de certaines formes de cancers chez l’homme dans le cadre du projet éponyme Colibactine.

(1) Microbiologie de l’alimentation au service de la santé, une unité mixte de recherche (Inra et AgroParisTech) du centre Inra de Jouy-en-Josas (départements Alimentation humaine et Microbiologie et chaîne alimentaire).
(2) La métagénomique analyse en bloc les génomes d’une population, sans les détailler individu par individu.
(3) Écosystèmes bactériens qui colonisent différents organes : poumon, tube digestif, peau.
(4) PolyModE (Polysaccharide Modifying Enzymes) implique l’Inra ainsi que cinq partenaires académiques et deux entreprises multinationales du secteur alimentaire (Danisco) et pharmaceutique (Sanofi-Aventis) et sept PME.
(5) Construction de systèmes vivants complexes : la première bactérie synthétique a été constituée au Craig Venter Institute en mai 2010.

ERC « Consolidator Grants »

Pouvant atteindre 2,75 millions d’euros, les bourses « ERC Consolidator Grants » sont destinées aux chercheurs possédant entre 7 et 12 ans d’expérience depuis l’obtention de leur doctorat, avec un parcours scientifique très prometteur. Ces financements ont pour objectif de soutenir, sur le seul critère de l’excellence, des projets de recherche exploratoire, novateurs et ambitieux, ouvrant la voie à de nouvelles avancées scientifiques et technologiques.
> En savoir plus sur les lauréats de l’édition 2013

Les Lauriers ?

« Il y a mille façons d’être chercheur, ces lauriers récompensent l’une d’elles, qui passe par la liberté d’investir une thématique émergente, de laisser du temps aux idées pour qu’elles mûrissent, d’identifier des désaccords et de formuler des nouvelles hypothèses, ceci dans un contexte international très compétitif. »

> En savoir plus sur le palmarès des Lauriers 2010

Mini-cv

  • 40 ans
  • Diplôme d’étude approfondie Génie biologique et médical
  • Doctorat Chimie option Biomatériaux
  • Lauréat du Laurier jeune chercheur de l’Inra en 2010
  • Lauréat d’une bourse ERC « Consolidator Grants » en 2013
  • Hobbies : lecture, musique