Expériences à haut débit et modélisation statistique des données pour l'ingénierie de la spécificité enzymatique – STATSPEC

Nous proposons une nouvelle approche systématique pour l'ingénierie de la spécificité de substrat de la catalyse enzymatique, qui reste un problème ouvert sans solution générale, en utilisant les protéases S1A comme système-modèle. La biologie structurale a permis d’identifier des mutations qui sont souvent nécessaires mais pas suffisantes pour convertir la spécificité d’une enzyme. L’évolution in vitro a permis de résoudre ce problème dans certains cas, mais via une exploration inefficace de l’espace des séquences, due au manque de principe robustement établi pour choisir les résidus à muter et un point de départ favorable. Notre nouvelle approche générale commence par la mesure à haut débit de l'activité catalytique de milliers de protéases de la famille sur plusieurs substrats en combinant microfluidique en gouttelettes et séquençage ADN à haut débit. Ensuite nous extrairons des données les séquences de ‘protéases généralistes’ ayant un profil de spécificité large qui serviront de points de départ favorables, et nous focaliserons les mutations au niveau des résidus déterminant la spécificité que nous aurons identifiés par analyse statistique des données. A partir des données nous inférerons également un modèle statistique génératif de la relation entre la séquence d’une protéase et son profil de spécificité, qui nous permettra de prédire le profil de protéases de la famille non-caractérisées, les mutations permettant de modifier le profil de spécificité de protéases connues, et in fine des séquences de protéases synthétiques de profils choisis au préalable. Au-delà du cadre académique, nos travaux ont des applications directes en séquençage peptidique et analyse par spectrométrie de masse, et offre un large potentiel applicatif en chimie verte, biotechnologie, et pour les industries agroalimentaire et pharmaceutique.