Biosynthèse de nouvelles molécules bioactives par biologie synthétique – Mutabiosyntome

Les molécules bioactives sont essentielles à certaines activités humaines comme la santé (humaine ou animale) ou l'agriculture. Ces molécules sont isolées de sources naturelles (produits naturels) ou synthétisées en laboratoire (molécules de synthèse). Dans la pharmacopée humaine, les produits naturels sont particulièrement représentés parmi les anticancéreux et antimicrobiens, tandis que les molécules synthétiques ont été jusqu'ici la source principale d'analgésiques, d'anti-allergiques ou d'anti-inflammatoires. Des études récentes ont montré que les espaces chimiques peuplés par ces deux types de molécules diffèrent de façon significative, et que les produits naturels couvrent des régions de l'espace chimique biologiquement pertinent non couvertes par les molécules synthétiques.
Notre projet vise à augmenter la diversité chimique des produits naturels, en utilisant une approche de biologie synthétique, c'est-à-dire en utilisant les micro-organismes pour produire des produits naturels « artificiels ». La biologie synthétique des produits naturels est basée sur deux approches complémentaires, la biosynthèse combinatoire et la mutasynthèse. La biosynthèse combinatoire utilise des combinaisons originales de gènes provenant de diverses voies de biosynthèse de produits naturels pour générer des analogues de ces produits. La mutasynthèse vise quant à elle à synthétiser de nouveaux composés en se basant sur la fourniture d’analogues d’intermédiaires synthétisés chimiquement à des souches microbiennes ne synthétisant plus cet intermédiaire.
Bien que des approches de biosynthèse combinatoire et de mutasynthèse aient été explorées au cours de ces dernières décennies, elles ont rencontré des succès variés. Ceci est probablement dû en partie à notre compréhension limitée des facteurs clés affectant les résultats de telles approches. Notre objectif est donc d'identifier ces facteurs déterminants en utilisant deux familles de molécules, les pyrrolamides et les aminoglycosides, comme systèmes modèles. L'architecture structurale des synthétases de peptides non ribosomiques (NRPS) impliquées dans l'assemblage de pyrrolamides isolées jusqu'ici (des domaines et des modules autonomes) et la diversité des précurseurs incorporés font des pyrrolamides des candidats attractifs pour des études de biosynthèse combinatoire. Les aminoglycosides constituent une classe importante d'antibiotiques à large spectre dont certaines enzymes de biosynthèse présentent une spécificité de substrat large, ce qui constitue un bon point de départ pour la mutasynthèse. De plus, en dépit de l'isolement de nombreux groupes de gènes de biosynthèse d’aminosides et d’une bonne compréhension de leur biosynthèse, peu de tentatives sérieuses pour générer de nouveaux aminosides par biosynthèse combinatoire ou mutasynthèse ont été réalisées à ce jour.
Le projet consistera tout d'abord en la construction d'outils biologiques (isolement/caractérisation de groupes de gènes de biosynthèse de pyrrolamides, construction de cassettes de gènes de biosynthèse de précurseurs de pyrrolamides/aminoglycosides, de souches délétées de gènes de biosynthèse d'aminoglycosides et de gènes de NRPS de pyrrolamides génétiquement modifiées) et d'outils chimiques (synthèse de mutasynthons). Ces outils seront ensuite utilisés pour explorer les facteurs affectant potentiellement la faisabilité des approches de biosynthèse combinatoire et de mutasynthèse et pour obtenir de nouveaux dérivés de pyrrolamides et d'aminoglycosides.
Au final, ce projet devrait contribuer à l'élaboration de nouveaux outils et de nouvelles méthodes pour la biosynthèse combinatoire et la mutasynthèse. Il se traduira également par de nouveaux dérivés de pyrrolamides et d’aminosides, dérivés qui seront testés pour leurs activités biologiques. Enfin, il permettra d'améliorer notre connaissance des mécanismes de biosynthèse des pyrrolamides et aminosides.