Explorer la transférabilité des changements de fonctions extracytoplasmiques entre espèces bactériennes

Les facteurs sigma de fonction extracytoplasmique (ECF) ont été utilisés avec succès pour construire des circuits génétiques artificiels prévisibles chez des bactéries comme Escherichia coli, mais leur transférabilité entre espèces au sein du même phylum est restée inconnue.

Aujourd’hui, une étude récente menée par un groupe de chercheurs allemands et australiens a exploré la bactérie Sinorhizobium meliloti et identifié des commutateurs ECF dotés de fonctionnalités inter-espèces, construit des circuits génétiques et fourni une boîte à outils pour des applications universelles de biologie synthétique.

Dans le domaine de la biologie synthétique, créer des circuits génétiques artificiels aux résultats prévisibles est à la fois un défi et une nécessité. Les facteurs sigma de la fonction extracytoplasmique (ECF) ont suscité une attention particulière en raison de leur rôle central dans l’initiation de la transcription chez les bactéries, en particulier dans des conditions de stress. Des recherches approfondies ont classé différents groupes d’ECF, démontrant leur potentiel à construire des circuits génétiques en plusieurs étapes avec une activation génique retardée.

Bien que ces circuits aient montré leur succès chez des bactéries bien étudiées comme Escherichia coli, le degré de transfert des ECF entre espèces au sein du même phylum reste incertain.

Pour combler cette lacune, le professeur Anke Becker du Centre de microbiologie synthétique (SYNMIKRO) et du Département de biologie de la Philipps-Universität, en Allemagne, et son équipe ont étudié le transfert des commutateurs ECF d’E. coli à l’α-protéobactérie Sinorhizobium meliloti. Leur étude a été publiée dans Recherche en BioDesign.

L’équipe a testé 20 commutateurs ECF différents chez la bactérie S. meliloti, qui avaient déjà démontré leur fonctionnalité chez E. coli. Les commutateurs étaient nommés en fonction de leur origine et possédaient des identifiants systématiques. Ils ont introduit ces commutateurs dans deux types de souches de S. meliloti : l’une était le type sauvage normal et l’autre était une souche modifiée sans ses propres commutateurs ECF.

Ils ont découvert que les changements d’ECF d’E. coli pouvaient être transférés avec succès à S. meliloti avec un taux de réussite supérieur à 50 %. Il est important de noter que ces commutateurs ont conservé leur fonctionnalité et leur modèle d’orthogonalité chez les deux espèces hôtes. Des facteurs tels que les taux de transcription, la traduction, la stabilité des protéines et les caractéristiques spécifiques à l’hôte influencent la fonctionnalité des commutateurs ECF chez S. meliloti.

« Nous avons été ravis d’observer une transférabilité et une fonctionnalité aussi élevées des commutateurs ECF d’une espèce à l’autre. Cela suggère que les approches de biologie synthétique développées chez une espèce bactérienne peuvent potentiellement être appliquées à un large éventail d’organismes, élargissant ainsi la portée du génie génétique », explique le professeur. … Becker.

L’étude souligne l’importance de comprendre à la fois les éléments génétiques et l’environnement hôte lors de la conception de systèmes biologiques synthétiques. En étudiant ces facteurs de manière approfondie, les chercheurs peuvent améliorer la prévisibilité et la fiabilité des applications de la biologie synthétique.

Une autre conclusion clé de l’étude était la large plage d’acceptation phylogénétique des commutateurs ECF observés chez S. meliloti et E. coli. Contrairement à certaines espèces bactériennes, qui présentent des plages d’acceptation étroites pour les changements hétérologues d’ECF, S. meliloti et E. coli ont montré une tolérance remarquable aux changements de diverses classes et espèces bactériennes.

Cela suggère que ces espèces pourraient servir d’hôtes universels pour des applications en biologie synthétique, facilitant potentiellement le développement de nouvelles solutions biotechnologiques.

En plus de la validation expérimentale, les chercheurs ont utilisé des prédictions informatiques pour présélectionner les paires ECF/promoteur appropriées pour le transfert entre hôtes bactériens. Ces prédictions, combinées aux données expérimentales, ont fourni des informations précieuses sur la conception de circuits génétiques avec une diaphonie minimale et des performances optimales.

En tirant parti des prédictions informatiques ainsi que de la validation expérimentale, les chercheurs peuvent accélérer le cycle de conception-construction-test et rationaliser le développement de circuits génétiques complexes.

L’étude a également introduit un ensemble de vecteurs plasmidiques à copie unique pour l’assemblage modulaire de circuits génétiques chez S. meliloti. Ces vecteurs, compatibles avec la méthode d’assemblage d’ADN Molecular Cloning (MoClo), une méthode de clonage modulaire utilisée en biologie synthétique pour l’assemblage précis et efficace de fragments d’ADN en constructions plus grandes, offrent une plate-forme standardisée pour le génie génétique chez cette espèce bactérienne.

« Nos vecteurs plasmidiques compatibles MoClo fournissent aux chercheurs une boîte à outils polyvalente pour construire des circuits génétiques chez S. meliloti. Ces vecteurs rationalisent le processus d’assemblage et facilitent l’optimisation itérative des circuits génétiques, accélérant ainsi le rythme de la recherche en biologie synthétique », déclare le professeur. Becker.

Dans l’ensemble, l’étude représente une avancée significative dans le domaine de la biologie synthétique, démontrant la transférabilité des commutateurs génétiques entre espèces bactériennes et fournissant des informations précieuses sur la conception et l’ingénierie de circuits génétiques complexes. Avec davantage de recherche et de développement, ces résultats pourraient potentiellement révolutionner diverses industries et relever des défis urgents dans le domaine de la biotechnologie et au-delà.