Activer le potentiel pharmaceutique caché des bactéries
Des chercheurs développent une nouvelle méthode génétique pour la production de nouveaux ingrédients actifs dans les bactéries
Les micro-organismes produisent une grande variété de produits naturels qui peuvent être utilisés comme ingrédients actifs pour traiter des maladies telles que les infections ou le cancer. Les plans de ces molécules se trouvent dans les gènes des microbes, mais restent souvent inactifs dans les conditions de laboratoire. Une équipe de chercheurs de l'Institut Helmholtz de recherche pharmaceutique de la Sarre (HIPS) a mis au point une méthode génétique révolutionnaire qui exploite un mécanisme bactérien naturel de transfert de matériel génétique et l'utilise pour produire de nouveaux ingrédients actifs.
Contrairement aux humains, les bactéries ont la capacité remarquable d'échanger du matériel génétique entre elles. Un exemple bien connu et lourd de conséquences est le transfert de gènes de résistance aux antibiotiques entre bactéries pathogènes. Ce transfert de gènes leur permet de s'adapter rapidement à des conditions environnementales différentes et constitue un facteur important de la propagation de la résistance aux antibiotiques. Des chercheurs du HIPS et du Centre allemand de recherche sur les infections (DZIF) ont maintenant exploité ce principe naturel pour amplifier et isoler les schémas génétiques de nouveaux produits naturels bioactifs des bactéries, connus sous le nom de groupes de gènes biosynthétiques. Leur approche innovante, appelée "ACTIMOT", permet soit de produire les produits naturels codés dans les groupes de gènes directement dans la bactérie native, soit de les transférer dans des souches de production microbienne plus appropriées pour y produire les nouvelles molécules. Le HIPS est un site du Centre Helmholtz de recherche sur les infections (HZI) en collaboration avec l'université de la Sarre.
ACTIMOT - abréviation de "Advanced Cas9-mediaTed In vivo MObilization and mulTiplication of BGCs" - exploite la technologie CRISPR-Cas9, connue sous le nom de "ciseaux à gènes", et permet donc des interventions précises dans le matériel génétique des bactéries. Comme les groupes de gènes biosynthétiques sont souvent moins actifs dans les conditions de laboratoire, ils sont extraits du génome à l'aide d'ACTIMOT et insérés dans une unité génétique mobile qui est ensuite multipliée par la bactérie elle-même. Toutes ces étapes sont réalisées en exploitant le mécanisme moléculaire qui permet également aux bactéries de transférer des gènes de résistance entre elles. Dans de nombreux cas, l'amplification des groupes de gènes sur ces plasmides est déjà suffisante pour permettre la production des produits naturels codés. En cas d'échec, les plasmides formés peuvent être facilement transférés dans une autre souche de production pour produire les produits naturels codés. Dans la présente étude, les auteurs donnent des exemples réussis de ces deux approches.
"De nombreux groupes de gènes biosynthétiques restent supprimés dans les conditions de laboratoire pour diverses raisons, et les efforts actuels pour révéler les produits naturels qu'ils codent ne portent que sur un nombre limité d'entre eux", explique Chengzhang Fu, chef de groupe de recherche junior à l'HIPS et dernier auteur de l'étude. "Notre approche imite le processus naturel de transfert de gènes bactériens pour libérer et amplifier directement des groupes entiers de gènes biosynthétiques dans la cellule bactérienne native, ce qui permet d'accéder à des produits naturels auparavant cachés. Grâce à cette technologie, nous pouvons accéder au potentiel de biosynthèse des bactéries beaucoup plus rapidement et facilement qu'avec les méthodes existantes".
L'équipe a déjà démontré qu'ACTIMOT peut effectivement conduire à de nouvelles découvertes : Au cours de l'étude, les chercheurs ont découvert 39 nouveaux produits naturels appartenant à quatre classes de produits naturels jusqu'alors inconnues. Ces découvertes ont conforté l'équipe dans l'idée qu'ACTIMOT peut accélérer de manière significative la découverte de nouveaux médicaments candidats. Les micro-organismes nous offrent un potentiel incroyable pour la production de nouvelles matières chimiques que nous pouvons utiliser, entre autres, pour développer des principes actifs dont nous avons un besoin urgent", explique Rolf Müller, chef de département et directeur scientifique du HIPS et coordinateur du domaine de recherche "Nouveaux antibiotiques" au DZIF, qui a également joué un rôle de premier plan dans l'étude. "Jusqu'à présent, de grandes parties de ce trésor microbien nous sont restées cachées. ACTIMOT nous aidera à exploiter davantage le potentiel de biosynthèse des bactéries et donc à faire progresser de manière significative le développement de nouveaux agents actifs."
Dans l'étude actuelle, ACTIMOT a été utilisé avec des bactéries du genre Streptomyces. Toutefois, les auteurs prévoient déjà de l'étendre à d'autres espèces bactériennes présentant un potentiel élevé pour la production de produits naturels inconnus. En outre, ACTIMOT pourrait être utilisé dans divers autres domaines, notamment la production à grande échelle de produits naturels de grande valeur, l'exploration de voies génétiques inconnues et l'identification de points de départ pour l'optimisation des produits naturels.
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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