Maitrise spatial à l'aide de plateformes de protéines hexamèriques – SPACEHex

La biologie synthétique exige le développement continuel d’outils biotechnologiques pour améliorer le rendement des cascades métaboliques artificielles. Cela demande en partie d’optimiser l’emplacement dans l’espace en trois dimensions des enzymes ciblées. Ainsi, SPACEHex vise à développer des plates-formes protéiques basées sur les hexamères hautement modulaires et assemblables qui composent les coques des micro-compartiments bactériens (BMC). Ces compartiments permettent l’encapsulation d’une grande diversité de processus métaboliques, et sont donc naturellement adaptés aux enjeux de la biologie synthétique. Les nouvelles plateformes devraient donc être des briques parfaitement adaptées pour la conception des futurs nano-réacteurs encapsulant des nouvelles voies métaboliques.

Le but de SPACEHex est de maîtriser l’emplacement relatif, au sein de ces hexamères, des monomères individuels, points d’ancrage des futures enzymes. Pour cela, il faudra d’abord mettre en place un protocole de screening adéquat permettant d’évaluer les compatibilités d'interface entre pairs de monomères issus de libraires de séquences naturelles d’isoformes homologues. Les informations collectées serviront aux étapes ultérieures, et contribueront notablement à la compréhension du fonctionnement des BMC. Comme exemple, nous devrions pouvoir prévoir de façon fiable l’existence de mécanismes de régulation qui empêcheraient la formation de BMC hybrides chez des organismes dotés de plusieurs types de BMC.

Ces données expérimentales seront exploitées pour orienter la conception des interfaces assistée par ordinateur. Nous utiliserons des méthodes développés par les membres de notre consortium qui associent des algorithmes d’intelligence artificielle (raisonnement automatisé avec « cost function networks ») avec des techniques de modélisation moléculaire. La rapidité et fiabilité de ces méthodes permettra de modéliser et estimer les affinités de liaison théoriques pour un grand nombre de paires de séquences. La comparaison avec les données expérimentales devrait permettre d’affiner les paramètres théoriques, conduisant ainsi à des conclusions plus fiables lors qu’il s’agira de modéliser des séquences issues des bases de données génomiques. In fine, nous devrions pouvoir identifier ainsi les déterminants moléculaires des associations aux interfaces monomère-monomère. Ces informations guideront les décisions nécessaires à la reconstitution des interfaces orthogonales à partir de séquences naturelles. Ces mêmes méthodes computationnelles seront aussi implémentées pour des méthodes multi-state, afin de pouvoir écarter automatiquement la sélection de séquences de monomères qui seraient capables d’interagir avec plusieurs autres monomères. De cette manière, SPACEHex cherchera également à reconstituer des plates-formes hexamèriques basées sur l’association de monomères orthogonaux avec des séquences conçues de novo.

Après des étapes de validation de la structure des plateformes finales, la viabilité et compatibilité avec la coque des BMC des plates-formes résultantes seront évaluées aussi bien in vitro que in vivo. De plus, le potentiel des plateformes résultantes pour la biologie synthétique sera testé à l'aide d'un modèle enzymatique à trois composantes.