Herbes de la Saint-Jean : Découverte d'étapes importantes de la biosynthèse
Cela ouvre la possibilité d'extraire les ingrédients complexes par biotechnologie
Le millepertuis fait partie des plantes médicinales les plus connues. Il en existe plus de 500 espèces dans le monde. Leurs composants complexes ont des propriétés médicinales prometteuses. Cependant, leur isolement et leur synthèse sont difficiles. À l'Institut de biologie pharmaceutique de l'Université technique de Braunschweig, des scientifiques* ont mis en évidence deux enzymes d'un genre nouveau qui forment des variantes alternatives de molécules. Cela ouvre la possibilité d'obtenir les ingrédients complexes par biotechnologie. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée "Nature Communications".
Les extraits de millepertuis sont utilisés pour traiter les dépressions légères à modérées. Leur efficacité a été prouvée dans de nombreuses études cliniques. Le principe actif le plus remarquable est l'hyperforine. Plus de 1000 composés similaires ont été identifiés entre-temps dans d'autres plantes de millepertuis. Ils ont tous en commun une structure chimique complexe. C'est pourquoi la synthèse totale, c'est-à-dire la reconstruction chimique complète des substances naturelles à partir des substances de base, est difficile.
L'isolement des substances actives est également un défi, car les teneurs dans les plantes sont faibles. D'autre part, les composants ont de nombreux effets pharmacologiques intéressants, comme des activités antitumorales (efficaces contre le cancer) et antibactériennes. Afin d'exploiter une source alternative pour leur extraction, l'Institut de biologie pharmaceutique s'efforce de transférer la biosynthèse des herbes de la Saint-Jean dans des micro-organismes. Les micro-organismes sont relativement faciles à cultiver dans des bioréacteurs servant d'usines cellulaires. Le Centre de technologie des procédés pharmaceutiques (PVZ) de l'Université technique de Braunschweig est prédestiné à ce processus.
La reconstitution de la biosynthèse végétale dans des micro-organismes exige toutefois que les étapes du chemin de biosynthèse soient connues. C'est précisément sur ce point qu'une percée vient d'être réalisée. Les composants des herbes de la Saint-Jean comprennent en grande partie deux variantes de molécules issues du même précurseur. Un millepertuis(Hypericum sampsonii) répandu en Chine est particulièrement riche en composants complexes et les deux variantes de molécules y sont représentées. En 2010, le Dr Benye Liu a apporté cette plante à l'université technique de Braunschweig. Deux nouvelles enzymes bifonctionnelles ont maintenant pu être mises en évidence dans cette plante. Elles augmentent le précurseur d'un reste de cinq atomes de carbone et réalisent en outre deux ponts cycliques de position différente. Il en résulte les deux variantes moléculaires alternatives pontées, qui sont encore décorées de chaînes latérales. L'analyse de ces produits enzymatiques ainsi que des composants complexes a été réalisée en étroite collaboration avec l'Institut Max Planck d'écologie chimique de Jena.
Un autre partenaire de coopération était un institut de l'Académie chinoise des sciences à Tianjin. Ici, des modèles ont été créés pour les deux enzymes à l'aide de simulations informatiques afin d'expliquer leurs cyclisations prényliques régiodivergentes - des réactions biochimiques au cours desquelles un hydrocarbure (isoprène) est ajouté à un résidu latéral à chaîne ouverte de la molécule de départ, ce qui conduit ensuite à la formation d'une molécule de produit bicyclique (à deux cycles). Ces réactions sont importantes dans la biosynthèse de composés organiques complexes et inspirent la chimie des substances naturelles ainsi que la production biotechnologique de molécules bioactives.
Il est intéressant de noter que le précurseur commun est lié à la verticale dans la première enzyme et dans l'autre sens dans la deuxième enzyme. Les acides aminés essentiels à la stabilisation de ces poses de liaison ont été identifiés et leur échange mutuel a permis de transférer l'une des enzymes dans l'autre.
Il est probable que les produits pontés des enzymes étudiées ici soient les précurseurs de composés encore plus complexes, de type cage, que l'on trouve également dans les herbes de la Saint-Jean et qui présentent un intérêt pharmaceutique. La recherche des enzymes en aval, qui construisent ensuite ces composés encore plus complexes, devrait être facilitée par les connaissances acquises jusqu'à présent. Ainsi, les chances de créer des plateformes de production microbienne correspondantes augmentent afin de mettre à disposition les composants fascinants des herbes de la Saint-Jean pour le développement préclinique.
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