Etude structurale et biologique de petites molécules impliquées dans la pathogénie de Xanthomonas albilineans, une bactérie pathogène de la canne à sucre – ALBILINEANS

Xanthomonas albilineans (Xa) est une bactérie pathogène de plante responsable de l?échaudure des feuilles de la canne à sucre. Xa produit l?albicidine, un puissant inhibiteur de l?ADN gyrase, responsable de l?induction des symptômes de la maladie en bloquant la réplication de l?ADN proplastique et en empêchant la différenciation des chloroplastes. L?albicidine est bactéricide à des concentrations nanomolaires à l?égard d?une large gamme de bactéries à Gram positif et de bactéries à Gram négatif, dont Escherichia coli, une espèce bactérienne impliquée dans les maladies nosocomiales. Le mode d?action de ce nouveau et puissant antibiotique a été largement étudié mais sa structure reste inconnue. La difficulté à caractériser la structure de l?albicidine est le principal frein au développement de ses applications thérapeutiques. Xa est une bactérie qui se multiplie lentement. De plus les taux de production d?albicidine chez Xa sont très faibles. Pour contourner ces problèmes, l?UMR BGPI a développé un système de surproduction de l?albicidine en transférant l?ensemble des gènes de biosynthèse de l?albicidine chez une bactérie à croissance rapide. L?utilisation de ce système a d?ores et déjà permis d?obtenir des résultats préliminaires très prometteurs concernant la caractérisation structurale de l?albicidine. Le génome complet de Xa a récemment été séquencé par le Genoscope (Evry, France). Une de ses principales caractéristiques est la présence de 12 grands gènes codant des NRPSs (nonribosomal peptide synthetases) et couvrant 4% du génome. Ces gènes NRPS sont regroupés en quatre groupements de gènes. Le premier groupement a précédemment été identifié comme impliqué dans la biosynthèse de l?albicidine. L?analyse in silico des trois autres groupements de gènes a permis de prédire partiellement la séquence des peptides synthétisés. Ces séquences ne ressemblent à aucune autre séquence décrite à ce jour. Des analyses fonctionnelles montrent que ces trois nouveaux groupements de gènes NRPS sont probablement responsables de la biosynthèse d?au moins trois nouvelles petites molécules impliquées dans la pathogénie de Xa. Ces petites molécules sont appelées Métacols. La première partie de ce projet sera consacrée à la caractérisation complète de la structure de l?albicidine. Elle permettra de valoriser l?intérêt thérapeutique de cet antibiotique auprès des industriels. La seconde partie sera consacrée à l?isolement et à la caractérisation des autres métabolites secondaires assemblés par des NRPS et impliqués dans la pathogénie de Xa. Ces petites molécules, appelées Métacols, seront isolées à l?UMR BGPI (Montpellier, France) et seront caractérisées à l?université technique de Berlin par des analyses en spectrométrie de masse FTICR, en spectroscopie RMN-2D et en cristallographie aux rayons X. La purification et la caractérisation structurale des Métacols permettront d?étudier leur rôle dans les interactions de Xa avec la canne à sucre et donc de mettre à jour un nouveau mécanisme de colonisation des vaisseaux des plantes par les bactéries, contribuant ainsi à une meilleure maîtrise de la protection des végétaux. Pour isoler les Métacols, nous proposons trois approches complémentaires. La première approche est l?analyse fonctionnelle (inactivation des gènes par mutagenèse et évaluation de la pathogénie des mutants de Xa) de (i) trois nouveaux groupements de gènes NRPS impliqués dans la biosynthèse de ces nouvelles molécules et de (ii) tous les gènes de modification impliqués dans la transformation des peptides précurseurs en molécules bioactives. La seconde approche est l?utilisation de la spectrométrie de masse couplée à la chromatographie (HPLC-ESI-orbitrap) pour mettre en évidence des différences entre les profils des métabolites produits par la souche sauvage et les différents mutants. La troisième approche est le transfert des gènes NRPS chez une bactérie à croissance rapide. Cette dernière approche, qui a déjà fait ses preuves pour l?albicidine, permettra de sur-produire les Métacols et facilitera leur purification. Ce projet de recherche soumis à l?appel à projet ANR-DFG 2009 permettra de structurer une nouvelle collaboration entre l?UMR BGPI et l?université de Berlin. Il propose de purifier et de caractériser de nouvelles molécules bioactives ou antibactériennes. L?équipe française a une expérience de plusieurs années sur la production et purification de l?albicidine et sur l?étude de la pathogénie de Xa. Le professeur Süssmuth est un des leaders mondiaux dans le domaine de la caractérisation des métabolites secondaires d?origine bactérienne ou fongique. Les résultats attendus dans le cadre de ce projet auront des retombées dans deux domaines majeurs : le contrôle des maladies des plantes en contribuant à une meilleure connaissance des interactions plante-microbe et le développement d?antibiotiques.