Induction Rationnelle de Produits Naturels Fongiques – FREE-NPs

Le projet FREE-NPs se propose d’utiliser des approches bio-informatiques combinées avec de la métabolomique et de la génomique afin de rationaliser des stratégies d’induction de produits naturels. Ce projet est basé sur l’analyse de réseaux métaboliques fongique afin de sélectionner de façon objective les conditions de cultures appropriées à la production d’une chimio-diversité plus étendue.
Afin de pouvoir atteindre cet objectif, le point clef réside dans l’utilisation de réseaux métaboliques précis capable de prédire efficacement la production de composés en fonction des conditions de culture. La complétion de ces réseaux métaboliques sera effectuée à partir de données provenant de deux approches OMICS différentes. L’étude génomique des deux souches permettra de mettre en évidence la potentialité de leur métabolome (métabolites secondaire en particulier) exprimé et caché à partir de leurs gènes. En conditions réelles de culture, le métabolome réellement exprimé sera évalué par une étude métabolomique par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse haute résolution afin d’explorer la production de composés par ces souches lors d’une étude OSMAC (l’approche OSMAC correspond au fait de cultiver un microorganisme dans un grand nombre de milieux différent afin de produire une grande chimio-diversité). Ces résultats permettront d’obtenir : (1) après déréplication approfondie des chromatogrammes, une vue précise des composés produits par les deux souches, et (2) des informations sur les régulations métaboliques dans les différents milieux de culture utilisés. L’ensemble de ces informations permettront d’asseoir la validité des réseaux métaboliques utilisés lors de ce projet. Enfin, l’analyse de ces réseaux aboutira à la sélection de nouvelles conditions de cultures capables d’étendre la diversité de structures produites par les souches étudiées afin d’obtenir expérimentalement les nouveaux squelettes cachés dans leurs génomes.

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Actuellement, la recherche de produits naturels est encore largement basée sur l’évaluation aléatoire d’extraits de microorganismes. Cette stratégie, longue et coûteuse, est en partie responsable du déclin/mutation de ce type de projets dans l’industrie pharmaceutique. Ceci est tout particulièrement vrai avec des sources comme les microorganismes pour lesquels il s’avère nécessaire, pour étendre au maximum la chimio-diversité, de prendre en compte l’impact de la variabilité de leurs conditions de cultures. Ce projet a pour objectif de développer des approches nouvelles et rationnelles afin d’induire, de façon sélective, la production de composés nouveaux chez les champignons, en utilisant Penicillium chrysogenum comme organisme modèle.
Le projet FREE-NPs se propose d’utiliser des approches bio-informatiques combinées avec de la métabolomique et de la génomique afin de rationaliser des stratégies d’induction de produits naturels. Ce projet est basé sur l’analyse de réseaux métaboliques chez P. chrysogenum afin de sélectionner de façon objective les conditions de cultures appropriées à la production d’une chimio-diversité plus étendue. Pour cela, deux souches différentes seront utilisées, une déjà bien étudiée nommée Wisconsin 54-11255 et une seconde issue de la collection de champignons d’origine marine du laboratoire “Mer, Molécules, Santé – EA2160”.
Afin de pouvoir atteindre cet objectif, le point clef réside dans l’utilisation de réseaux métaboliques précis capable de prédire efficacement la production de composés en fonction des conditions de culture. La complétion de ces réseaux métaboliques sera effectuée à partir de données provenant de deux approches OMICS différentes. L’étude génomique des deux souches permettra de mettre en évidence la potentialité de leur métabolome (métabolites secondaire en particulier) exprimé et caché à partir de leurs gènes. En conditions réelles de culture, le métabolome réellement exprimé sera évalué par une étude métabolomique par chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse haute résolution afin d’explorer la production de composés par ces souches lors d’une étude OSMAC (l’approche OSMAC correspond au fait de cultiver un microorganisme dans un grand nombre de milieux différent afin de produire une grande chimio-diversité). Ces résultats permettront d’obtenir : (1) après déréplication approfondie des chromatogrammes, une vue précise des composés produits par les deux souches, et (2) des informations sur les régulations métaboliques dans les différents milieux de culture utilisés. L’ensemble de ces informations permettront d’asseoir la validité des réseaux métaboliques utilisés lors de ce projet. Enfin, l’analyse de ces réseaux aboutira à la sélection de nouvelles conditions de cultures capables d’étendre la diversité de structures produites par les souches de P. chrysogenum étudiées afin d’obtenir expérimentalement les nouveaux squelettes cachés dans leurs génomes.
En conclusion, ce projet a pour but de rationaliser l’approche OSMAC afin de mettre en place des conditions de cultures optimisées ayant pour conséquence la réduction du temps et donc des coûts de ces études. Cette approche, appelée « Smart » OSMAC, est une des étapes clefs vers le renouveau des programmes de recherche de produits naturels bioactifs aux seins des industries pharmaceutiques, ainsi que dans les institutions publiques.