Inhiber le quorum sensing des bactéries phytopathogènes avec des enzymes optimisées – BACTSQUEEZ
Inhiber le quorum sensing des bactéries phytopathogènes avec des enzymes optimisées
Le projet BactSqueez vise à développer des enzymes capables de limiter les infections bactériennes dans les cultures agricoles. En ciblant les molécules de communication des bactéries, ces enzymes réduisent leur capacité à infecter les plantes. Ce projet propose une alternative écologique aux produits chimiques, contribuant ainsi à une agriculture plus durable et respectueuse de l'environnement.
Inhiber le quorum sensing des bactéries phytopathogènes avec des enzymes optimisées
Les bactéries phytopathogènes sont responsables de nombreuses maladies affectant les plantes telles que les chancres, la pourriture molle ou le feu bactérien. Face aux conséquences économiques de ces pathogènes, ainsi qu'à l’émergence des bactéries résistantes aux antimicrobiens et à la toxicité de la plupart des biocides chimiques, le développement de solutions antibactériennes durables est une priorité. Dans ce cadre, le blocage du quorum sensing (QS) bactérien, un mécanisme de ommunication utilisé par de nombreux phytopathogènes pour réguler le processus infectieux, est une piste prometteuse. Gene&GreenTK, entreprise partenaire du projet, a développé une enzyme robuste (SsoPox) ciblant le QS de nombreux pathogènes basé sur des acyl-homosérines lactones (AHL). La capacité de cette enzyme lactonase pour inhiber le QS de P. aeruginosa, un pathogène humain opportuniste, a été démontrée et son efficacité a été améliorée à travers des stratégies d’ingénierie enzymatique. Dans la continuité de ces résultats, le projet BactSqueez vise à étendre l’approche à la dégradation d'AHL utilisées par des pathogènes de plantes problématiques en agriculture (Dickeya, Agrobacterium, Pectobacterium, Serratia). Grace à un consortium pluridisciplinaire et complémentaire, impliquant des partenaires académiques et industriel, BactSqueez combinera des méthodes de design computationnel, d’ingénierie enzymatique de microbiologie et de biologie végétale pour développer de nouvelles lactonases aux propriétés améliorées visant spécifiquement ces pathogènes de plantes. Ces enzymes seront caractérisées au niveau biochimique et leur efficacité sera évaluée in vitro et in planta. Grâce à l'implication de Gene&GreenTK, partenaire industriel, les enzymes issues de BactSqueez seront destinées à des applications concrètes et permettront de limiter les intrants pharmaceutiques en agriculture en utilisant des solutions innovantes, durables et responsables.
Le projet BactSqueez a utilisé une combinaison de méthodes avancées pour optimiser des enzymes capables de bloquer le quorum sensing des bactéries phytopathogènes.
- Analyse bioinformatique : Des analyses bioinformatiques de dynamiques moléculaires ont été effectuées pour identifier les zones clés de l'enzyme SsoPox où des mutations pourraient améliorer l'activité.
- Ingénierie enzymatique : Des mutations ciblées ont été introduites dans la séquence de l'enzyme SsoPox. Des banques de plusieur smilliers d'enzymes on ensuites été produites en micro-format.
- Criblage de l'activité : les banques d'enzymes ont été criblées avec une méthode efficace spécifiquement développée pour ce projet, permettant d'isoler les meilleurs candidats enzymatiques.
- Caractérisation biochimique & in vitro : L'activité lactonase des meilleurs candidats est mesurée par des tests cinétiques. Ensuite, l'efficacité des variants pour bloquer la virulence de phytopathogènes est étudiée in vitro.
-Tests in planta : pour tester l'efficacité des enzymes pour protéger les plantes, une dizaine de systèmes hôtes-pathogènes ont été développés, à toutes les étapes de la vie de la plante.
Les enzymes sont ensuite appliquées sur ces pathosystèmes afin de caractériser la protection des plantes face à l'infection bactérienne.
Le premier tour d’ingénierie a permis d’isoler des variants enzymatiques très performants pour lutter contre les pathogènes de plantes cibles : Le variant G est 300 fois plus actif que l’enzyme sauvage sur l’AHL C4-HSL, AHL principale utilisée par le pathogène Serratia sp. 39006. L’efficacité de ce variant par rapport à l’enzyme sauvage a été démontrée in vitro. Cette enzyme perturbe très largement le comportement de la bactérie ainsi que son protéome, et diminue sa virulence dans un modèle d’infection sur tranche de
légume.
Les variants IGY et KL sont environ 30 fois plus actifs que l’enzyme sauvage sur C6-HSL, AHL utilisée par les pathogènes D. solani et P. atrosepticum. Le variant KL a démontré son efficacité sur le pathogène P. atrosepticum. L’enzyme réduit la production de protéines permettant l’infection des plantes, comme les pectate lyases ou les cellulases, et réduit la virulence de la bactérie sur un modèle de macération de tubercules et de germination de graines de tomates.
Le projet BactSqueez offre des applications prometteuses dans le domaine de l'agriculture durable grâce aux enzymes développées pour bloquer le quorum sensing des bactéries phytopathogènes.
Ces enzymes peuvent servir d'alternative écologique aux traitements chimiques, permettant aux agriculteurs de protéger leurs cultures sans nuire à l'environnement. Le catalogue d'enzymes créé par le projet permettra d'appliquer ces solutions à une large gamme de cultures vulnérables aux infections bactériennes.
De plus, la démonstration de l'efficacité de ces enzymes ouvre la voie à des formulations commercialisables, pouvant être intégrées dans des pratiques agricoles courantes. Les recherches pourront également mesurer la biostimulation des plantes par les enzymes. En somme, le projet BactSqueez pourrait transformer les méthodes de lutte contre les maladies des plantes, favorisant une agriculture plus durable et responsable.
Les bactéries phytopathogènes sont responsables des nombreuses maladies affectant les plantes telles que les chancres, la pourriture molle ou le feu bactérien. Face aux conséquences économiques de ces pathogènes, ainsi qu'à l’émergence des bactéries résistantes aux antimicrobiens et à la toxicité de la plupart des biocides chimiques, le développement de solutions antibactériennes durables est aujourd’hui une priorité. Inhiber le quorum sensing (QS) bactérien, un mécanisme de communication utilisé par de nombreux phytopathogènes pour réguler le processus infectieux, est une piste prometteuse. Un partenaire du projet a développé une enzyme robuste (SsoPox) ciblant le QS de nombreux pathogènes basé sur des acyl-homosérines lactones (AHL). La capacité de cette enzyme, dite lactonase, pour inhiber le QS de P. aeruginosa, un pathogène humain opportuniste particulièrement menaçant pour sa capacité de résistance, a été d’abord démontrée puis améliorée par mutagénèse dirigée. Dans la continuité de ces résultats, le projet BactSqueez vise à relever un nouveau défi en étendant l’approche à la dégradation enzymatique d'AHL utilisées par des pathogènes de plantes hautement problématiques (Dickeya, Agrobacterium, Pectobacterium). Grace à un consortium pluridisciplinaire et complémentaire, impliquant des partenaires académiques et industriel, BactSqueez combinera design computationnel, ingénierie enzymatique et microbiologie végétale pour développer de nouvelles lactonases aux propriétés améliorées qui seront caractérisées au niveau biochimique et dont l'efficacité sera évaluée in vitro et in planta. Grâce à l'implication d'un partenaire industriel, les enzymes issues de BactSqueez seront destinées à des applications concrètes et permettront de limiter les intrants pharmaceutiques en agriculture en utilisant des solutions innovantes, durables et responsables. Les enzymes sont de plus absentes du secteur de l'agriculture ce qui constituera une approche de rupture dans le secteur.
Coordination du projet
Gene&GreenTK (PME (petite et moyenne entreprise))
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
I2BC Centre national de la recherche scientifique
Gene&GreenTK
TBI Institut National des Sciences Appliquées Toulouse
Aide de l'ANR 539 038 euros
Début et durée du projet scientifique :
décembre 2022
- 48 Mois
