Diversité phylogénétique et fonctionnelle des peroxydases fongiques à hemes – PEROXIDIV

L’analyse de la diversité des peroxydases nécessite la mise en œuvre de méthodes bioinformatiques et de phylogénie pour (1) identifier les gènes correspondants au sein de bases de données publiques et (2) retracer l’histoire évolutive de ces familles de protéines. La confrontation entre diversité réelle de ces familles et diversité connue permet d’identifier les séquences sur lesquelles concentrer les efforts ultérieurs de caractérisation fonctionnelle.
La recherche de gènes de peroxydases exprimés au sein d’échantillons environnementaux a nécessité la mise en œuvre de protocoles d’extraction d’ARN à partir de bois, de sols et de sédiments. Des sondes oligonucléotidiques représentatives des familles géniques étudiées ont été développées pour capturer par hybridation des séquences environnementales qui ont été séquencées par des méthodes haut débit.
La caractérisation fonctionnelle de nouvelles peroxydases, dont celles issue de l’environnement, nécessite leur production sous une forme active dans un hôte microbien hétérologue. La production de ce type de protéines étant souvent problématiques, plusieurs hôtes bactériens, levures et champignons filamenteux ont été testés.

Les familles DyP et UPO montrent une diversité insoupçonnée avec de nombreuses enzymes vraisemblablement intracellulaires non étudiées et pouvant présenter des activités catalytiques originales.
De nouvelles peroxydases ont été piégées de plusieurs environnements et leurs séquences reconstituées pour la première fois par des méthodes bioinformatiques à partir de données de séquençage massif.
La production de près de 20 enzymes a été tentée dans 3 hôtes hétérologues (une bactérie, un champignon filamenteux et une levure) ; ce dernier modèle a permis la production d’une enzyme active.

Les résultats obtenus soulignent la complémentarité d’approches de fouilles de données, de phylogénie moléculaire et de génomique environnementale pour mettre en lumière la diversité structurale globale de familles protéiques peu étudiées mais présentant de forts intérêts appliqués. La production de ces enzymes dans des hôtes hétérologues pour leur caractérisation fonctionnelle représente encore un défi à surmonter.

Les approches et résultats préliminaires du projet ont fait l’objet de 12 publications scientifiques, dont des articles de synthèses, et de communications à des congrès et colloques internationaux et nationaux (France et Allemagne). Les résultats définitifs seront valorisés au travers de publications multipartenaires en cours d’élaboration.

Les peroxydases et peroxygénases à heme fongiques se répartissent dans 3 familles protéiques distinctes. A cette diversité génétique est associée une grande diversité fonctionnelle déjà exploitée dans divers secteurs industriels et qui nécessite d'être approfondie pour promouvoir de nouvelles applications. PeroxiDiv associe 3 partenaires et des compétences en génomique environnementale, bioinformatique et biochimie/biotechnologie pour révéler par une approche originale de capture ciblée de séquences la diversité des gènes de péroxydases exprimées par des communautés fongiques exploitant des ressources contrastées (sols prairiaux et de forêts, bois). Cette approche permettra d’isoler un grand nombre de nouvelles séquences de péroxydases non répertoriées. Leur analyse in silico (phylogénie, modèles 3D) conduira à identifier des variants originaux qui seront caractérisés pour leurs propriétés catalytiques (substrats et produits de réaction, stabilité,…).