Les champignons toujours divers jouent plusieurs rôles clés dans notre vie quotidienne. Qu’il s’agisse de faciliter le cycle écologique des nutriments, d’être utilisés dans la fabrication industrielle ou d’être un ingrédient clé de notre alimentation, les champignons portent de nombreux chapeaux différents. Parmi toutes les espèces de champignons, les levures sont les mieux étudiées et les plus faciles à domestiquer par l’homme.
Par exemple, l’espèce de levure Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) n’est pas seulement utilisée comme fermenteur principal pour la bière, le pain et le vin, mais est également un composant essentiel dans la production d’insuline, de vaccins et de protéines recombinantes essentielles. Mais toutes les levures et tous les champignons ne sont pas adaptés à l’homme et apprivoisables. Plusieurs espèces sont des pathogènes opportunistes à l’origine de maladies, associées à des infections fongiques légères à graves et même à des cancers.
Les plasmides sont de petites structures génétiques indépendantes des chromosomes et capables de se répliquer par eux-mêmes. Ils peuvent être utilisés pour introduire des gènes synthétiques modifiés dans les cellules d’autres organismes. L’administration de plasmides par conjugaison entre espèces bactériennes s’est avérée efficace pour créer de nouveaux agents antimicrobiens, ciblant des gènes spécifiques pour éliminer ou supprimer des agents pathogènes.
Cependant, cette approche a échappé aux scientifiques lorsqu’il s’agit de traiter les levures, qui sont moins contrôlables. Par conséquent, il est devenu impératif d’étudier et de manipuler la biologie des espèces fongiques pour des applications biotechnologiques critiques, en particulier le développement de médicaments antifongiques.
En réponse à cette exigence non satisfaite, une équipe de chercheurs du Canada a développé et optimisé le transfert de plasmides conjugatifs supérieurs entre bactéries et différentes espèces de levures par conjugaison.
« Pour créer nos nouveaux plasmides, nous avons construit des dérivés du plasmide conjugatif, pTA-Mob 2.0, en utilisant des suppressions de gènes et des mutations en grappe conçues pour améliorer la conjugaison bactérienne avec des levures », a expliqué le Dr Bogumil J. Karas, professeur adjoint à l’Université Western Ontario. et auteur correspondant de l’étude publiée dans Recherche BioDesign.
pTA-Mob 2.0 est composé d’éléments génétiques nécessaires à la maintenance et au transfert des plasmides, ce qui le rend idéal pour cette étude. L’équipe a d’abord optimisé ce plasmide pour la conjugaison bactérie-levure en supprimant 55 gènes ou petites régions génétiques pour créer quatre plasmides simplifiés : M1-M4, avec deux clones chacun. Ces plasmides modifiés ont ensuite été transférés de la bactérie Escherichia coli (E. coli) à S. cerevisiae par conjugaison et évalués en fonction de la formation de colonies de levure.
Le plasmide M3 clone 1 (M3C1) a montré l’augmentation la plus significative de l’efficacité de conjugaison. Les mutations qui ont contribué à cette efficacité accrue se sont avérées se trouver dans la région promotrice du gène conjugatif traJ. Cette mutation a abaissé l’expression de traJ, ce qui a eu un impact significatif sur l’expression d’autres protéines de conjugaison, favorisant ainsi la conjugaison.
Par la suite, cinq plasmides dérivés de M3C1 ont été créés contenant la mutation traJ, y compris le plasmide pSuperCon5 (pSC5) avec des éléments supplémentaires pour un transfert conjugatif amélioré vers diverses espèces de levures et diatomées. pSC5 avait également des marqueurs de sélection antibiotique ajoutés.
Par rapport au plasmide original pTA-Mob 2.0, la fréquence de conjugaison bactérie-levure pour pSC5 était 10 et 23 fois plus élevée lorsqu’elle était testée dans des configurations cis (qui se mobilise) et trans (qui mobilise un autre plasmide), respectivement. Cela pourrait être dû au fait que la bactérie avait moins d’effets indésirables sur la levure lorsqu’elle portait le plasmide pSC5.
Cette conjugaison améliorée a ensuite été répliquée avec une espèce bactérienne différente – Sinorhizobium meliloti, en tant que donneur porteur de pSC5, ce qui suggère que ce mécanisme peut être utilisé avec différentes bactéries. De plus, le plasmide pSC5 a permis un transfert d’ADN réussi vers sept espèces de levures, dont Candida auris, un pathogène connu, mais avec des niveaux d’efficacité variables.
Par la suite, le plasmide pSC5 a été domestiqué pour le Golden Gate Assembly, une méthode de clonage moléculaire permettant l’assemblage simultané et directionnel de plusieurs fragments d’ADN souhaitables en un seul morceau. Suite à cela, les chercheurs ont vérifié et prouvé que leur nouvelle méthode de conjugaison bactérie-levure et leurs plasmides de conjugaison améliorés peuvent être utilisés pour administrer des thérapies antifongiques avec une grande efficacité.
L’équipe cherche maintenant à intégrer son système de conjugaison trans-royaume avec des plateformes d’édition génétique basées sur CRISPR pour cibler les champignons pathogènes dans différentes niches environnementales.
Parlant du succès et des applications futures de cette recherche, le Dr Karas a déclaré : « Les techniques basées sur la conjugaison telles que celle que nous avons développée fournissent une méthode unique et fonctionnelle pour délivrer des plasmides entre les espèces microbiennes in vitro et in vivo. Avec des améliorations supplémentaires dans le fréquence de conjugaison, nos plasmides conjugatifs concepteurs pourraient être utilisés comme réactifs antifongiques, avec des applications importantes pour le développement de médicaments antimicrobiens de nouvelle génération. »
Plus d’information:
Ryan R. Cochrane et al, Plasmides conjugatifs supérieurs délivrés par des bactéries à divers champignons, Recherche BioDesign (2022). DOI : 10.34133/2022/9802168
Fourni par BioDesign Research