Simple à l'extérieur, complexe à l'intérieur
Serina Robinson, membre de l'ETH, a une prédilection pour les micro-organismes. Elle s'intéresse à leurs enzymes, qui permettent de produire et de dégrader des substances chimiques. Mais la jeune chercheuse est particulièrement fascinée par les microbes que personne n'a encore cultivés.
C'est dans la toundra d'Alaska que Serina Robinson a compris qu'elle voulait faire de la recherche. Là-bas, l'étudiante en Bachelor de l'époque travaillait justement sur le terrain en tant qu'assistante scientifique. Elle était dans les marais jusqu'aux genoux, prélevait des échantillons de sol - et rayonnait. Même dans le laboratoire, où elle analysait les substances nutritives de la terre collectée auparavant, l'enthousiasme ne s'est pas estompé. Au contraire : "J'étais vraiment obsédée", se souvient-elle.
Actuellement, Serina Robinson fait de la recherche à l'Institut de microbiologie dans le cadre d'un Fellowship de l'ETH en tant que post-doctorante. Travailler à l'ETH Zurich était depuis longtemps à la fois un rêve et un objectif. "C'est passionnant d'être ici maintenant", dit la chercheuse. Pendant son post-doctorat d'un an dans le groupe de Jörn Piel, elle travaille sur les enzymes et les petites protéines, appelées peptides, produites par des micro-organismes particuliers : Ceux qui ne se développent pas en laboratoire. Par conséquent, ces derniers et les peptides qu'ils produisent étaient jusqu'à présent peu étudiés, voire inconnus.
Via le métagénome vers des espèces inconnues
Les chercheurs traquent aujourd'hui ces microbes non cultivables à l'aide de la métagénomique : "Les métagénomes représentent une sorte d'instantané qui saisit l'ADN de tous les microorganismes présents à un moment donné dans un écosystème donné. Par exemple dans le sol, les eaux usées ou même dans l'intestin humain", explique Robinson. L'ADN des échantillons est séquencé et réassemblé pour former le génome de chaque organisme en fonction du chevauchement des différents fragments.
Les séquences génétiques des micro-organismes avec lesquels la chercheuse travaille proviennent du fonds d'un deuxième groupe de l'Institut de microbiologie : Shinichi Sunagawa et ses collaborateurs ont rassemblé les métagénomes de plus de 1000 sites marins différents. Dans ce trésor, Robinson cherche des plans de construction d'ADN pour des peptides qui pourraient être intéressants en tant que substances médicales.
En ce moment, elle s'occupe d'une bactérie qui n'a en fait été découverte que par la métagénomique. "Elle est très différente des micro-organismes connus jusqu'à présent", explique-t-elle. Et elle produit un nouveau type de peptide. Celui-ci fait partie de toute une classe de composés que le groupe de Jörn Piel a découverts. La particularité : en collaboration avec le groupe d'Annette Oxenius, les chercheurs ont pu montrer qu'un peptide de cette classe avait un effet antiviral. Ce qui les rend intéressants et pertinents pour la recherche médicale.
Alternatives à E. coli
Pour produire ce peptide en laboratoire, Robinson utilise des outils de biologie synthétique. Cela signifie qu'elle insère les gènes concernés dans un organisme hôte, soit individuellement, soit en groupes de composition différente, appelés clusters, selon les cas. Celui-ci produit alors - si tout se passe bien - la substance active souhaitée.
Normalement, l'hôte le plus souvent utilisé est la bactérie E. coli est utilisé. Mais celui-ci est loin de pouvoir produire correctement toutes les protéines de n'importe quel organisme. Même la forme finale du peptide de la bactérie non cultivable avec laquelle la chercheuse travaille peut être E. coli ne se forme pas. C'est pourquoi elle utilise un hôte alternatif que le groupe de Piel a développé.
Tout sur les micro-organismes
Pourquoi s'intéresse-t-elle autant aux micro-organismes, Robinson se l'est déjà demandé elle-même. "Je trouve tout simplement fascinant de travailler avec eux en laboratoire : De l'extérieur, ils semblent si simples. De minuscules taches sur un milieu de culture. Mais tout ce qui se passe à l'intérieur est incroyablement complexe", tente-t-elle d'expliquer.
Le fait que, quoi que l'on veuille fabriquer, il existe quelque part un microbe doté d'une enzyme capable de faire exactement cela, la fascine. Parallèlement, Robinson s'intéresse de près à la manière dont les micro-organismes permettent de dégrader des substances indésirables - par exemple dans les eaux usées ou dans le sol. "Souvent, les mêmes familles d'enzymes sont impliquées à la fois dans la construction biologique et dans la dégradation de substances chimiques", explique-t-elle. Pour sa thèse de doctorat déjà, elle a donc délibérément choisi un groupe de recherche qui se situe à l'interface de ces domaines traditionnellement séparés.
Mais ce n'est pas tout : outre l'interaction des enzymes et la question de savoir comment elles sont produites, des choses telles que : "Comment les enzymes sont-elles produites ? Pourquoi les micro-organismes fabriquent-ils certains produits en premier lieu ? Quel est leur rôle écologique dans l'environnement ? Comment agissent-elles sur d'autres organismes ou communautés microbiennes ? Comment ces dernières y répondent-elles ? Mais aussi : comment ces communautés réagissent-elles aux substances étrangères ?
Prochain arrêt Eawag
La prochaine étape de la carrière de Robinson est prévue en septembre : En tant que chef de groupe tenure track, elle commencera à mettre sur pied son propre groupe de recherche à l'Eawag, l'institut de recherche sur l'eau du Domaine des EPF, dans le département administratif Microbiologie environnementale. Robinson et ses futurs collaborateurs se pencheront principalement sur les questions liées aux eaux usées et à la dégradation des substances qu'elles contiennent, comme les pesticides, les médicaments ou encore les édulcorants artificiels.
Certes, des micro-organismes sont déjà utilisés aujourd'hui pour dégrader biologiquement de telles substances. Mais la chercheuse aimerait pouvoir contrôler ce processus de manière plus ciblée à l'avenir : "J'aimerais savoir comment et avec quelles enzymes les bactéries dégradent les substances dans les eaux usées", car cela permettrait éventuellement de mieux prédire ce que font les communautés microbiennes d'une composition donnée et comment on peut éventuellement les compléter. Objectifs possibles : clarifier plus rapidement les eaux usées ou biodégrader des substances supplémentaires.
L'encouragement de la relève se poursuit
Le fait que Serina Robinson ait effectivement réussi à embrasser une carrière de chercheuse est lié, selon elle, à plusieurs facteurs. L'un d'entre eux est qu'elle a eu l'occasion de travailler dans différents groupes de recherche aux États-Unis et en Europe. "Cela élargit la perspective sur la manière dont la recherche est menée et sur ce qui est possible", explique-t-elle. Son séjour de six mois à l'université de Wageningen aux Pays-Bas et son séjour de recherche d'un an à l'université arctique de Norvège à Tromsö, rendu possible par une bourse Fulbright, l'ont particulièrement enthousiasmée. Elle y a travaillé sur des bactéries qui utilisent le méthane, un gaz à effet de serre, comme source d'énergie.
Les personnes qu'elle a rencontrées dans les différents lieux sont très importantes pour elle. Robinson : "Elles sont une sorte de famille", qui l'a aidée à atteindre son objectif. Par exemple en l'aidant à nouer des contacts ou à trouver des groupes de recherche adéquats. "Je pense que la communauté des chercheurs et les mentors qui se sont engagés pour moi et m'ont guidée à travers les différentes étapes ont été les plus importants pour ma carrière", dit-elle. Elle se réjouit d'autant plus maintenant de pouvoir bientôt encadrer "ses" propres étudiants. Car elle ne souhaite pas seulement faire avancer ses recherches, mais aussi être elle-même enseignante et mentor.
