Lors de l’introduction de gènes dans la levure pour lui faire produire des médicaments et d’autres substances utiles, il est également nécessaire d’activer ou de désactiver la production de manière fiable. Une équipe de l’Université de Kobe a découvert trois principes de conception de la régulation génétique qui fournissent une ligne directrice flexible pour le contrôle efficace de la production microbiologique.
On dit que l’ADN est le modèle de la vie, indiquant à nos cellules ce qu’elles doivent produire. Mais l’ADN contient également des commutateurs indiquant à ces cellules quand produire quelque chose et en quelle quantité. Par conséquent, lors de l’introduction de nouveaux gènes dans les cellules pour produire des produits chimiques utiles tels que des médicaments ou des matières premières pour la production chimique, il est également nécessaire d’inclure un commutateur génétique, un morceau d’ADN appelé « promoteur », qui indique aux cellules de démarrer la production dès que possible. nécessaire.
Tominaga Masahiro, bioingénieur à l’Université de Kobe, déclare : « Le problème est que ces promoteurs ne peuvent pas être utilisés de manière plug-and-play à moins que les chercheurs ne comprennent en profondeur comment ils interagissent avec d’autres éléments génétiques. promoteurs pour contrôler avec précision la production cellulaire et atteindre leur objectif de recherche.
Parfois, la production est trop faible, parfois elle présente des « fuites », c’est-à-dire qu’elle ne peut pas être arrêtée à volonté. Cela est particulièrement vrai pour les levures de bio-ingénierie, dont la régulation génétique est plus complexe que celle des bactéries. Mais cette complexité accrue permet également son utilisation pour produire de nombreux produits chimiques utiles.
En tant qu’experts dans la modification des cellules de levure, Tominaga et ses collègues de l’équipe dirigée par Ishii Jun ont adopté une approche systématique pour déterminer comment concevoir des promoteurs efficaces.
« Nous avons eu l’idée qu’en décrivant soigneusement notre processus d’amélioration d’un prototype de promoteur, nous pourrions préparer un ‘manuel d’utilisation’ expliquant comment obtenir un contrôle précis et performant afin que ces systèmes génétiques puissent être plus largement utilisés », Tominaga explique.
Dans un article maintenant publié dans la revue Communications naturellesils décrivent trois principes de conception pour les promoteurs de levure. Premièrement, si les chercheurs ont non seulement besoin de grandes quantités de produit, mais également de pouvoir activer ou désactiver la production à volonté, ils devraient introduire plusieurs copies des éléments réglementaires permettant cela au sein du promoteur. Cela réduit les fuites et augmente la productivité. Deuxièmement, la distance entre les éléments promoteurs doit être aussi petite que possible pour améliorer encore plus la productivité. Et troisièmement, le promoteur doit être isolé de l’ADN environnant en incluant de l’ADN supplémentaire avant de réduire davantage les fuites.
Tominaga déclare : « Nous avons montré que les performances d’un promoteur peuvent être améliorées de plus de 100 fois en modifiant simplement sa séquence environnante. Il s’agit de la première étude à proposer clairement une solution au problème de la raison pour laquelle de puissants promoteurs de levure fonctionnent dans certains environnements et pas dans d’autres. « .
Les bio-ingénieurs de l’Université de Kobe ont démontré l’utilité de leur système en présentant la production de deux protéines pharmaceutiquement utiles, appelées « produits biologiques ». Non seulement ils pourraient produire ces deux produits biologiques dans des souches de levure distinctes, mais également dans la même souche et avec la capacité de contrôler indépendamment quel produit biologique est produit à tout moment.
Cette dernière est importante car elle a des applications potentielles dans les hôpitaux, comme l’explique l’équipe dans l’étude : « En plus de la fermentation conventionnelle de produits biologiques uniques, la production rapide et en dose unique de produits biologiques multiples avec une seule souche de levure au point de la prudence est cruciale pour les urgences qui nécessitent vitesse de production et flexibilité plutôt que pureté et productivité.
Ils ont également réussi à produire, notoirement difficile, une protéine de coronavirus pouvant être utilisée pour la production de traitements, démontrant ainsi à la fois l’utilité et la flexibilité de leurs principes de conception.
Tominaga déclare : « La biologie synthétique préconise la création de nouvelles fonctions biologiques en réécrivant les séquences du génome. La réalité est cependant que nous sommes souvent confus par les changements inattendus résultant de nos modifications. Nous espérons que notre étude est la première étape vers la capacité de concevoir chaque base unique. dans le génome avec des intentions claires. »
Plus d’informations :
Concevoir des promoteurs synthétiques inductibles forts dans les levures, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-54865-z