Apprendre de la nature : La biosynthèse de la cyanobactérine ouvre la voie à une nouvelle classe de composés naturels pour des applications en médecine.
Les chercheurs des groupes du professeur Tobias Gulder de l'Université technique de Dresde et du professeur Tanja Gulder de l'Université de Leipzig ont réussi à comprendre les mécanismes de biosynthèse pour la production du produit naturel qu'est la cyanobactérine, qui est produite en petites quantités dans la nature par la cyanobactérie Scytonema hofmanni. Ce faisant, ils ont également découvert une nouvelle classe d'enzymes permettant de construire des liaisons carbone-carbone. Les (bio)chimistes élargissent ainsi considérablement le répertoire biocatalytique actuellement connu dans la nature et ouvrent la voie à de nouvelles applications biotechnologiques durables en médecine et en agriculture.
Fermentation de cyanobactéries dans un photobioréacteur à TU Dresden
Prof. Tobias Gulder
Les résultats de cette collaboration ont été publiés dans la revue Nature Chemical Biology.
Le fait que la nature soit un excellent chimiste est démontré par l'abondance de molécules, appelées produits naturels, qu'elle produit par biosynthèse. Ces produits naturels sont également d'une importance capitale pour nous, les humains. Ils sont utilisés de multiples façons dans notre vie quotidienne, notamment comme agents actifs en médecine et en agriculture. Les antibiotiques tels que les pénicilines isolées à partir de moisissures, le médicament anticancéreux Taxol provenant de l'if du Pacifique et les pyréthrines présentes dans les chrysanthèmes, qui sont utilisées pour lutter contre les infestations parasitaires, en sont des exemples frappants. La connaissance et la compréhension de l'assemblage biosynthétique de ces composés par la nature sont essentielles pour le développement et la production de médicaments basés sur ces composés. Dans ce contexte, des chercheurs des groupes du professeur Tobias Gulder (TU Dresden) et du professeur Tanja Gulder (Université de Leipzig) ont étudié conjointement la biosynthèse de la cyanobactérine, qui est hautement toxique pour les organismes photosynthétiques et est produite en petites quantités dans la nature par la cyanobactérie Scytonema hofmanni. Dans leurs travaux, les (bio)chimistes ont pu non seulement élucider pour la première fois la biosynthèse du produit naturel, mais aussi découvrir une nouvelle transformation enzymatique pour la formation de liaisons carbone-carbone.
Ces travaux ont été rendus possibles par la combinaison d'outils modernes issus de la bioinformatique, de la biologie synthétique, de l'enzymologie et de l'analyse (bio)chimique. L'accent a été mis sur la manière dont la partie centrale du squelette carboné des cyanobactéries est produite. Les gènes putatifs de cette production ont d'abord été clonés par la méthode du "Direct Pathway Cloning" (DiPaC), puis activés dans l'organisme modèle E. coli comme usine cellulaire. DiPaC est une nouvelle méthode de biologie synthétique développée précédemment dans le laboratoire de Tobias Gulder, professeur de biochimie technique à la TU Dresden. "DiPaC nous permet de transférer des voies entières de biosynthèse de produits naturels dans des systèmes hôtes recombinants très rapidement et efficacement", explique Tobias Gulder. Dans l'étape suivante, l'équipe de recherche a analysé les étapes individuelles essentielles de la biosynthèse des cyanobactéries en produisant en plus toutes les enzymes clés dans l'organisme hôte E.coli, en les isolant puis en étudiant la fonction de chaque enzyme. Au cours de ce processus, ils ont découvert une classe d'enzymes inconnue jusqu'alors, les furanolides synthases. Celles-ci sont capables de catalyser la formation de liaisons carbone-carbone selon un mécanisme inhabituel. Lors d'études plus poussées sur ces furanolides synthases, ces enzymes se sont révélées être des biocatalyseurs in vitro efficaces, ce qui les rend très intéressantes pour des applications biotechnologiques.
"Avec les furanolides synthases, nous avons obtenu un outil enzymatique qui nous permettra de développer à l'avenir des méthodes plus respectueuses de l'environnement pour la production de composés bioactifs et de contribuer ainsi de manière significative à une chimie plus durable", explique le professeur Tanja Gulder de l'Institut de chimie organique de l'université de Leipzig. Ensuite, les deux équipes de recherche veulent rechercher spécifiquement ces nouveaux biocatalyseurs dans d'autres organismes également, et ainsi trouver de nouveaux membres bioactifs de cette classe de produits naturels, ainsi que développer des méthodes pour la production biotechnologique et la diversification structurelle de la cyanobactérine. "Notre travail ouvre la voie au développement complet d'une classe passionnante de produits naturels pour des applications en médecine et en agriculture", conviennent les deux scientifiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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