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Une nouvelle approche permet l’identification de nouveaux produits microbiens ayant une activité pharmaceutique potentielle

L’incidence croissante de la résistance aux médicaments antimicrobiens a incité la recherche sur l’identification de nouveaux produits naturels. Les scientifiques européens ont mis au point une méthodologie pour accélérer l’identification de nouveaux produits naturels de groupes de gènes cryptiques à partir de micro-organismes auparavant sous-étudiés.

Santé

Les produits naturels ou métabolites microbiens ont longtemps servi de base à de nombreux médicaments, y compris les antibiotiques. Cependant, ils perdent de leur activité en raison de l’émergence d’une résistance chez les bactéries pathogènes.

Une nouvelle approche pour le clonage de groupes de gènes microbiens biosynthétiques

La découverte de nouvelles molécules naturelles implique traditionnellement la culture de bactéries provenant de grandes collections de souches et l’analyse chimique des métabolites produits, une procédure très fastidieuse, coûteuse et longue. Entrepris avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie, le projet DiPaC_MC a utilisé le séquençage du génome en combinaison avec de nouvelles technologies de biologie synthétique pour la recherche de nouvelles molécules. «Nous savons que les micro-organismes ont la capacité génétique de produire beaucoup plus de produits naturels que ceux qui ont été identifiés, car, généralement, les gènes peuvent être inactivés en laboratoire,» explique Paul D’Agostino, boursier du projet. Pour surmonter cette limitation, il a exploité des micro-organismes qui avaient été traditionnellement négligés en termes de biosynthèse de produits naturels, mais qui étaient susceptibles de coder génétiquement un grand nombre de groupes de gènes de biosynthèse de produits naturels. M. D’Agostino a séquencé les génomes de ces micro-organismes et a développé une nouvelle stratégie de biologie synthétique pour capturer efficacement des groupes de gènes biosynthétiques et les activer dans un hôte bactérien alternatif bien étudié. Comme beaucoup de ces éléments génétiques restent inactifs dans l’organisme natif, les plaçant dans un second hôte et sous le contrôle de différents mécanismes de régulation, il a pu activer artificiellement les groupes de gènes biosynthétiques et identifier les produits naturels codés. Connue sous le nom de Direct Pathway Cloning (DiPaC), cette approche a permis de surmonter bon nombre des limites des méthodologies précédentes en améliorant la vitesse et les taux de réussite. La méthodologie permet de capturer, de restructurer et d’exprimer les voies de biosynthèse en quelques semaines. Les travaux de DiPaC_MC ont permis de générer des séquences de génome pour toute une série de micro-organismes. Comme prévu, l’analyse bio-informatique a montré que beaucoup de ces organismes codaient de multiples groupes de gènes biosynthétiques responsables de la production de produits naturels uniques. Plus de 200 de ces groupes de gènes biosynthétiques ont été identifiés à ce jour.

Impact clinique du projet DiPaC_MC

«Avec la résistance aux médicaments qui menace de devenir un problème mondial majeur dans un avenir proche et la fermeture des programmes de découverte de médicaments par les sociétés pharmaceutiques, il a été laissé au monde universitaire le soin de combler le vide de la découverte de nouveaux antibiotiques,» souligne M. D’Agostino. La méthodologie DiPaC offre une nouvelle approche de découverte de molécules basée sur des prédictions bio-informatiques de la nouveauté chimique du produit final. Il est important de noter que le DiPaC permet l’activation de ces groupes de gènes biosynthétiques plus rapidement que les méthodes traditionnelles. De plus, en plaçant les gènes dans un hôte à croissance plus rapide, on peut obtenir des titres de produit plus élevés. À l’aide de techniques moléculaires bien établies, la méthodologie DiPaC est facilement transférable à d’autres laboratoires. De nombreuses équipes scientifiques ayant déjà demandé à utiliser cette technologie, le DiPaC devrait avoir un impact significatif sur la découverte rapide de produits naturels bioactifs. Le DiPaC peut également être utilisé pour déterminer la fonction enzymatique de protéines particulièrement intéressantes, ainsi que pour générer des bibliothèques d’analogues de composés dans l’espoir d’augmenter la bioactivité. «La mise en œuvre de la méthodologie DiPaC sur des micro-organismes phylogénétiquement distincts accélérera la découverte de nouveaux produits naturels et la biochimie, augmentant ainsi la probabilité de découvrir des molécules ayant une importance pharmaceutique,» conclut M. D’Agostino.

Mots‑clés

DiPaC_MC, direct pathway cloning (DiPaC), découverte de médicaments, groupes de gènes biosynthétiques, séquençage du génome, extraction du génome, bio-informatique

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