Les silencieux sont potentiellement en or dans la recherche d’antibiotiques pour ralentir la crise de résistance en cours dans le traitement des maladies.
Les bioscientifiques de l’Université Rice ont conçu de nouveaux interrupteurs marche/arrêt pour contrôler les gènes « silencieux » d’une souche de bactéries. Leur stratégie pourrait relancer la recherche perpétuelle de nouveaux antibiotiques.
Les chercheurs ont personnalisé les outils CRISPR pour contrôler l’expression des gènes dans les bactéries Streptomyces qui, dans la nature, ne sont exprimés que lorsque cela est nécessaire. Jusqu’à présent, ces gènes étaient difficiles d’accès pour les biologistes synthétiques.
« Alors que les laboratoires ont commencé à séquencer les génomes de ces organismes connus pour produire un ou quelques antibiotiques, nous avons réalisé que les voies responsables de la production d’antibiotiques et d’autres molécules d’intérêt sont beaucoup plus abondantes qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré James Chappell. , un professeur adjoint de biosciences dont le laboratoire étudie les bactéries et les moyens de les concevoir.
« Chaque souche de Streptomyces devrait désormais être capable de produire jusqu’à 40 molécules d’intérêt différentes, y compris des antibiotiques, en moyenne », a-t-il déclaré.
Les travaux menés par Chappell et l’étudiante diplômée Andrea Ameruoso pourraient permettre aux laboratoires de développer rapidement des bibliothèques d’antibiotiques possibles à tester sur des agents pathogènes. De manière significative, ils ont déclaré que si CRISPR-Cas9 a été utilisé pour créer une plate-forme pour activer des gènes dans des organismes comme Escherichia coli, c’est la première fois qu’il est appliqué à Streptomyces.
Leur étude paraît dans Recherche sur les acides nucléiques.
« Des bactéries telles que Streptomyces ont évolué pour ne produire des antibiotiques que lorsqu’elles en ont besoin, dans des environnements naturels comme le sol », a expliqué Chappell. « Lorsque nous les cultivons en laboratoire, c’est un environnement artificiel et très différent de la façon dont ils poussent naturellement, donc des ensembles de gènes sont réduits au silence.
« Ils sont une sorte de matière noire génétique », a-t-il déclaré. « Nous ne pouvons pas isoler les produits chimiques qu’ils expriment pour effectuer un dépistage fonctionnel. »
La nouvelle stratégie du laboratoire élimine la tâche fastidieuse consistant à exposer leurs bactéries de preuve de concept, S. venezuelae, la source de l’antibiotique commun chloramphénicol, à des déclencheurs potentiels pour l’expression des gènes. « La technologie d’Andrea ajoute des régulateurs synthétiques dans la cellule pour stimuler ou réprimer artificiellement l’expression de ces voies », a déclaré Chappell.
« Maintenant, nous n’avons besoin que d’une protéine et d’un petit morceau d’ARN et nous pouvons aller où nous voulons pour réprimer ou activer directement une cible donnée », a ajouté Ameruoso.
L’émergence de la technologie CRISPR, qui adapte les mécanismes du système immunitaire bactérien pour localiser des gènes spécifiques le long d’un brin d’ADN, a simplifié l’accès aux grappes de gènes auparavant cachées, a-t-il déclaré.
« Streptomyces est un genre de bactéries qui englobe jusqu’à 500 espèces, et chaque espèce peut avoir entre 20 et 40 de ces groupes de gènes capables de produire des antibiotiques ou d’autres molécules d’intérêt », a déclaré Ameruoso. « Ainsi, une fois que nous avons trouvé un moyen d’étendre notre technologie, elle peut être incroyablement puissante. »
Chappell a déclaré qu’il était simple de concevoir CRISPR pour se lier à différentes séquences d’ADN. « Nous exploitons cela pour le contrôle de l’expression des gènes », a-t-il déclaré. « Si nous voulons le faire dans un tas d’espèces différentes sur un tas de voies différentes, cela devrait en théorie être possible. Cet article jette donc les bases d’un nouveau type d’approche. »
Ameruoso a déclaré qu’il travaillait sur une technique fluorescente pour observer l’activation des clusters en temps réel. « Le principal défi est que l’observation des profondeurs de l’activation d’un cluster repose sur la purification de la molécule à partir des extraits que nous générons », a-t-il déclaré. « C’est un processus à faible débit qui nécessite beaucoup de travail. Nous voulons développer un rapporteur pour observer un signal fluorescent lorsqu’une voie est activée. »
Les chercheurs ont noté que le procédé pourrait être utilisé pour fabriquer des molécules pour des agents antifongiques et anticancéreux ou pour l’agriculture. « Nous nous concentrons sur les antibiotiques car à un moment donné de l’histoire, nous avons observé qu’ils tuaient les microbes », a déclaré Chappell. « Mais ce n’est pas nécessairement pour cela qu’ils ont évolué, car ils sont aussi fréquemment utilisés comme signaux de communication entre les cellules. Il existe donc de nombreuses utilisations potentielles. »
Il a déclaré que l’étude démontre une nouvelle approche importante pour l’activation des voies silencieuses. « La vision pour la prochaine génération du travail est d’aller grand », a-t-il déclaré. « Nous avons montré que cela fonctionne sur une seule voie silencieuse. Faisons-le maintenant sur les 40 voies de cette espèce, puis faisons-le sur des milliers de microbes.
« La puissance de CRISPR-Cas9 est qu’il est vraiment évolutif pour cela », a déclaré Chappell.
Andrea Ameruoso et al, Activation de la synthèse de produits naturels à l’aide de systèmes d’interférence et d’activation CRISPR chez Streptomyces, Recherche sur les acides nucléiques (2022). DOI : 10.1093/nar/gkac556