Un extérieur simple - mais un intérieur complexe

Serina Robinson a réalisé qu'elle voulait être scientifique alors qu'elle effectuait des travaux de terrain dans la toundra de l'Alaska en tant qu'assistante de recherche pendant ses études de bachelor. Même si elle se tenait debout jusqu'aux genoux dans des marais marécageux, elle était dans son élément lorsqu'elle recueillait des échantillons de sol. De retour au laboratoire, elle était tout aussi enthousiaste lorsqu'elle analysait les nutriments présents dans les échantillons qu'elle avait prélevés. «J'ai vraiment eu le déclic», se souvient-elle.

Serina Robinson est actuellement engagée dans des recherches à l'Institut de microbiologie, où elle travaille en tant que postdoc dans le cadre de sa bourse de l'ETH Zurich. Travailler à l'ETH Zurich est depuis longtemps son rêve et son objectif ultime. «C'est vraiment excitant d'être enfin ici», dit-elle. Pendant son postdoc d'un an dans le groupe de Jörn Piel, elle étudie les enzymes et les petites protéines, appelées peptides, produites par des micro-organismes spécifiques. Ces micro-organismes ne se développent pas en laboratoire et les peptides qu'ils produisent sont donc peu étudiés, voire inconnus.

La métagénomique ouvre la voie à de nouvelles découvertes

Les scientifiques utilisent la métagénomique pour étudier les microbes qui ne peuvent être cultivés en laboratoire : «Les métagénomes sont une sorte d'instantané qui capture l'ADN de tous les micro-organismes présents à un moment donné dans un écosystème spécifique, comme le sol, les eaux usées ou même l'intestin humain», explique Serina Robinson. L'ADN des échantillons est extrait, séquencé et peut être utilisé pour réassembler les génomes des organismes individuels sur la base des chevauchements entre les différents segments.

Les séquences génétiques des micro-organismes avec lesquels Serina Robinson travaille proviennent de la base de données métagénomique d'un autre groupe de l'Institut de microbiologie : Shinichi Sunagawa et ses collègues ont collecté des métagénomes dans plus de 1 000 sites marins différents. Elle recherche dans cette source des plans d'ADN pour des peptides qui pourraient être intéressants comme principes actifs de médicaments.

Elle travaille en ce moment sur une bactérie qui n'a été découverte que par la métagénomique. «Elle est très différente des micro-organismes précédemment connus», explique-t-elle. De plus, elle produit un nouveau type de peptide dans une famille de composés qui ont été découverts par le laboratoire Piel. L'année dernière, les laboratoires Piel et Oxenius ont découvert qu'un autre peptide de cette famille avait une activité antivirale, faisant de cette classe de peptides un domaine de recherche important et médicalement pertinent.

Alternatives à E. coli

Serina Robinson utilise des outils de biologie synthétique pour fabriquer ce peptide en laboratoire. Il s'agit d'introduire les gènes concernés, soit individuellement, soit en groupes ou «clusters» de composition différente, dans l'organisme hôte. Si tout se passe comme prévu, cet organisme fabrique alors la substance active souhaitée.

La bactérie E. coli est généralement utilisée comme hôte à cette fin. «Mais l'E. coli n'est pas capable de générer des protéines actives de tous les organismes», explique Serina Robinson. De même, l'E. coli n'est pas capable de produire la forme finale du peptide de la bactérie avec laquelle la scientifique travaille (qui est impossible à cultiver en laboratoire), elle travaille donc avec un hôte alternatif développé par le groupe de recherche de Jörn Piel.

Tout sur les micro-organismes

Serina Robinson s'est souvent demandé pourquoi elle était si fascinée par les micro-organismes. «Je trouve tout simplement fascinant de travailler avec eux en laboratoire: ils ont l'air si simples de l'extérieur - de minuscules points sur une plaque de gélose. Mais ce qui se passe en leur sein est incroyablement complexe», explique-t-elle en guise d'explication.

Elle est fascinée par le fait que, quoi qu'il faille fabriquer, il existe quelque part un microbe doté d'une enzyme capable de le faire. Parallèlement, Serina Robinson est extrêmement intéressée par la manière dont les micro-organismes peuvent être utilisés pour décomposer des substances indésirables, comme celles que l'on trouve dans le sol ou les eaux usées. «Les mêmes familles d'enzymes sont souvent impliquées dans la fabrication et la dégradation des substances chimiques», explique-t-elle. C'est pourquoi elle a délibérément choisi pour sa thèse de doctorat un groupe de recherche travaillant à l'interface de la biosynthèse et de la biodégradation, deux domaines spécialisés traditionnellement séparés.

Mais ce n'est pas tout: outre l'interaction des enzymes et la question de leur fabrication, Serina Robinson s'intéresse à des aspects tels que: Pourquoi les micro-organismes fabriquent-ils certains produits? Quel est le rôle écologique de ces substances dans l'environnement? Comment affectent-ils les autres organismes ou façonnent-ils les communautés microbiennes? Comment réagissent-ils? Et aussi: Comment ces communautés réagissent-elles aux substances étrangères?

Prochain arrêt : Eawag

La prochaine étape de la carrière de Serina Robinson commencera en septembre, lorsqu'elle rejoindra l'Institut fédéral pour l'aménagement, l'épuration et la protection des eaux (Eawag) en tant que cheffe de groupe tenure-track. Elle pourra y créer son propre groupe de recherche au sein du département de microbiologie environnementale. Serina Robinson et ses futur·es collègues se concentreront notamment sur les aspects concernant les eaux usées et la dégradation des substances qu'elles contiennent, comme les pesticides, les médicaments ou encore les édulcorants artificiels.

Bien que des micro-organismes soient déjà utilisés pour biodégrader ces substances, la scientifique souhaite à l'avenir contrôler ce processus de manière plus systématique: «J'aimerais savoir comment les bactéries dégradent les substances présentes dans les eaux usées, et quelles enzymes elles utilisent pour y parvenir.» Comprendre cela permettrait peut-être de prédire plus précisément ce que les communautés microbiennes ayant une composition spécifique sont capables de faire et comment elles pourraient peut-être être modifiées et améliorées. Elles pourraient alors être utilisées dans différentes applications, par exemple pour clarifier plus rapidement les eaux usées ou décomposer biologiquement d'autres substances.

Encourager les jeunes talents

Serina Robinson pense qu'il y a plusieurs raisons pour lesquelles elle a pu mener à bien sa carrière de scientifique. L'une d'entre elles est la possibilité qu'elle a eue de travailler dans divers groupes de recherche aux États-Unis et en Europe. «Cela ouvre de nouvelles perspectives sur la façon dont la recherche est menée et sur ce qui est possible», explique-t-elle. Elle a été particulièrement inspirée par les six mois qu'elle a passés à l'université de Wageningen, aux Pays-Bas, et l'année qu'elle a passée, dans le cadre d'une bourse Fulbright, à l'université arctique de Norvège, à Tromsø, où elle a travaillé sur des bactéries qui utilisent le méthane, un gaz à effet de serre, comme source d'énergie.

Les gens qu'elle a appris à connaître dans ces différents endroits sont particulièrement importants pour elle. Serina Robinson déclare : «Ils sont comme une famille». Et cette famille l'a soutenue dans la réalisation de son objectif, par exemple en l'aidant à se constituer un réseau de contacts ou à trouver des groupes de recherche adaptés. «Je pense que la communauté de chercheur·ses et de mentors qui m'a soutenue et guidée à travers les différentes étapes a certainement été le facteur le plus important dans ma carrière», dit-elle. Elle se réjouit d'autant plus à l'idée d'avoir bientôt «ses» étudiant·es à sa charge: non seulement elle souhaite poursuivre ses propres recherches, mais elle se réjouit également de son rôle de tutrice et de mentor pour les scientifiques en herbe.