Adaptation dynamique aux capacités maximales de l'hôte: bioproduction régulée par le stress – SmartSec

La bioproduction nécessite de détourner des ressources (précurseurs, énergie, enzymes) normalement utilisées par les cellules hôtes pour leur croissance vers la production de molécules d’intérêt, telles que des alcools, des acides organiques, des parfums, des antibiotiques, et une large gamme de protéines industrielles ou pharmaceutiques, comme des enzymes et des anticorps. Parvenir à un détournement maximal des ressources sans compromettre les fonctions essentielles de l'hôte est d'une importance capitale, mais constitue un vrai défi. La biologie synthétique a un grand potentiel pour relever ce défi, mais la conception de circuits prenant en compte la physiologie de l'hôte et des stratégies efficaces d'amélioration de l'hôte sont nécessaires.
La sécrétion de protéines hétérologues chez la levure illustre parfaitement la nécessité de concevoir des circuits adaptés à l'hôte. La bioproduction de protéines chez la levure présente de nombreux avantages : croissance robuste sur des substrats peu coûteux, facilité du génie génétique, possibilité d'effectuer des modifications post-traductionnelles eucaryotes, facilité de purification des produits en aval. Cependant, la sécrétion chez la levure est fortement limitée par des blocages pouvant se produire à différentes étapes du trafic des protéines du réticulum endoplasmique vers le Golgi puis vers des vésicules sécrétoires. Ces blocages sont peu prédictibles à partir des propriétés de la protéine secrétée et du contexte génétique. La conception et l’amélioration de souches est donc lente, coûteuse, incertaine et spécifique à chaque protéine.
Dans le cadre de SmartSec, nous allons d'abord acquérir une compréhension globale et quantitative de la sécrétion en variant systématiquement la nature de la protéine sécrétée et le niveau d'induction tout en mesurant la sécrétion et les réponses cellulaires endogènes (stress et croissance). En reliant les limites de capacité de sécrétion à des réponses spécifiques au stress couvrant une grande diversité de blocages, nous serons en mesure de développer des circuits de bioproduction génériques, autorégulés en fonction du stress et s’adaptant aux capacités maximales de l’hôte. Enfin, nous utiliserons ces circuits pour s’affranchir de la nécessité de mesurer le niveau de sécrétion lors du criblage d'une diversité de génotypes d'hôtes, rendant ainsi possible des stratégies d’amélioration de l’hôte haut débit à l’échelle du génome.