Des bactéries à l'homme, le tripeptide (gamma-glutamyl-cystéine-glycine) appelé "glutathion" joue un rôle majeur, mais pas toujours bien connu au niveau moléculaire, dans les processus cellulaires de détoxication des espèces oxydantes (peroxydes), des "déchets" métaboliques (tels le méthylglyoxal), des xénobiotiques (antibiotiques, etc) et des métaux lourds. Par une approche de génétique et de métabolomique, l’équipe LBBC du SB²SM, en collaboration avec le SPI/LEMM, a étudié les enzymes de la biosynthèse (GshA et GshB) et du catabolisme (Ggt) du glutathion (GSH), chez la cyanobactérie modèle Synechocystis PCC6803. Il a été montré que:

i) Les trois gènes gshA, gshB et ggt sont indispensables à la croissance photoautotrophique de Synechocystis. Ceci est en accord avec la théorie consensuelle selon laquelle les cyanobactéries auraient "inventé" le GSH pour se protéger du stress oxydant créé par leur puissante activité photosynthétique (elles ont vraisemblablement produit l'oxygène de notre atmosphère).
ii) Les enzymes GshA et GshB interviennent aussi dans la synthèse de l'ergothionéine (EGT), un autre métabolite anti-oxydant mal connu, produit par certains microorganismes vivant dans les sols. "L'indispensabilité" de gshA et gshB résulterait du fait qu'ils fabriquent à la fois le GSH et l'EGT. Plus stable que le GSH, l'EGT passe la barrière digestive, ce qui permet à l'homme de l’absorber en consommant des plantes, qui ont capté l'EGT par leurs racines, et des animaux qui ont ingéré des cyanobactéries (coquillages, poissons) ou des plantes (bovins et ovins). Comme le GSH, l'EGT utilise un atome de soufre pour effectuer ses réactions "rédox", mais la sélectivité/redondance des fonctions du GSH et de l'EGT sont très mal connues.
iii) En plus du GSH et de l'EGT, les enzymes GshA et GshB interviennent également dans la synthèse de l'ophthalmate (gamma-glutamyl-2-amino-butyryl-glycine) et du norophthalmate (gamma-glutamyl-alanyl-glycine), deux analogues du GSH dépourvus de cystéine (et donc de soufre). L'ophthalmate (OPH) et le norophthalmate (NOPH) ont été initialement découverts dans l'œil des mammifères; leur présence chez les cyanobactéries rappelle que le métabolisme central des cellules a été bien conservé par l'évolution. Chez l'homme, l'OPH s'accumule dans le foie en réponse aux stress (déséquilibres alimentaires, médicaments), et on ne sait rien du rôle du NOPH. En outre, les cellules diabétiques et vieillissantes accumulent des métabolites toxiques (ex : méthylglyoxal) qui engendrent des pontages (glycations) inter-protéines. Le méthylglyoxal est détoxifié par les glyoxalases, des enzymes dépendantes du GSH, comme nous le montrons ici chez des cyanobactéries après un stress au glucose. L’ensemble de ces résultats suggère qu'en réponse aux stress les cellules augmentent leur utilisation et leur synthèse de glutathion, parfois jusqu'à manquer de cystéine; elles produisent alors de l'ophthalmate et du norophthalmate qui signalent la déplétion en cystéine.

Cette nouvelle étude montre que la cyanobactérie Synechocystis, dotée d'une morphologie simple (unicellulaire) et d'un petit génome (4 Mb) facilement manipulable, est parfaitement adaptée à l'analyse moléculaire de la sélectivité/redondance des fonctions cellulaires et moléculaires de l'ergothionéine, du glutathion et de ses homologues ophthalmate et norophthalmate, qui ont été conservés par l'évolution. Les cellules humaines synthétisent le glutathion, l'ophthalmate et le norophthalmate, et acquièrent l'ergothionéine via l’alimentation. L'intérêt de Synechocystis pour ces études est renforcé par le fait que les divers microorganismes modèles très connus tels la bactérie Escherichia coli et la levure (eucaryote) Saccharomyces cerevisiae, ne semblent pas capables de produire l'ergothionéine.