De l'halogénation chez les champignons marins aux biocatalyseurs – HALO-CAT

Le projet a combiné plusieurs approches complémentaires. D'une part, une approche dite « OSMAC » a consisté à cultiver de nombreuses souches de champignons marins dans des conditions variées (avec ou sans sel, par exemple) afin d'observer comment cela modifie les molécules qu'ils produisent, et à rechercher dans leur génome les gènes codant pour des enzymes d'halogénation ; pour l'un des champignons étudiés, le rôle d'un de ces gènes a également été testé directement en comparant la souche naturelle à des souches génétiquement modifiées dépourvues de ce gène. D'autre part, une enzyme d'halogénation naturelle a été produite en laboratoire, purifiée, puis utilisée comme un outil de « biocatalyse » pour ajouter des atomes de brome à des molécules ou des extraits de champignons, dans le but de créer de nouvelles molécules chimiques.

L'étude d'une soixantaine de souches d'une levure marine tolérante au sel a montré que la salinité du milieu de culture est le principal facteur qui modifie la production de molécules chimiques, et a permis d'identifier une molécule marqueur caractéristique de cette espèce. L'enzyme d'halogénation de cette même levure a ensuite été produite et utilisée avec succès pour créer, en laboratoire, une nouvelle molécule bromée active contre une bactérie résistante aux antibiotiques (Staphylococcus aureus résistant à la méticilline). Par ailleurs, l'étude chimique d'un autre champignon marin a permis de découvrir plusieurs nouvelles molécules, dont deux halogénées, l'une d'entre elles se révélant active à la fois contre des bactéries résistantes et contre des cellules cancéreuses ; la comparaison de la souche naturelle à des souches génétiquement modifiées n'a en revanche pas permis de démontrer que le gène étudié était directement responsable de la production de cette molécule. Enfin, la stratégie de biocatalyse a été étendue avec succès à un troisième champignon marin et à un acide gras courant, ouvrant des perspectives de valorisation.

Ces résultats confirment le potentiel des champignons marins et de leurs enzymes pour la découverte de nouvelles molécules thérapeutiques et pour le développement d'outils de biocatalyse plus respectueux de l'environnement que les méthodes chimiques classiques d'halogénation. Les travaux se poursuivront pour mieux caractériser les molécules découvertes, clarifier le rôle exact des gènes d'halogénation étudiés, optimiser l'utilisation des enzymes sur d'autres substrats, et explorer d'autres espèces de champignons marins susceptibles de produire des molécules halogénées d'intérêt.

Des travaux préliminaires au sein du laboratoire ont montré le potentiel de champignons marins dans la production de substances naturelles halogénées avec la détection non seulement de plusieurs molécules nouvelles mais aussi d’enzymes permettant l’halogénation de substrats. Dans ce projet, nous souhaitons à la fois décrire et comprendre les mécanismes impliqués dans l’halogénation chez ces organismes mais aussi, proposer en conséquence des stratégies innovantes d’obtention de molécules halogénées d’intérêt en thérapeutique. Grâce à l’expertise acquise en isolement de produits naturels, en métabolomique et bioinformatique, et grâce à nos travaux préliminaires sur les enzymes v-HPO comme biocatalyseurs, nous espérons apporter des solutions fondées sur la nature, plus respectueuses de l’environnement, pour lutter notamment contre l’antibiorésistance. Ces travaux seront donc valorisables à la fois dans les domaines de la santé, de la chimie verte et des biotechnologies.