L’ingénierie du microbiome est à la pointe de l’amélioration de la santé humaine et de la productivité agricole. Il vise à améliorer la fonction de l’écosystème en modifiant la composition microbienne. Cela peut être accompli grâce à une approche «ascendante» impliquant l’introduction de microbes modifiés dans une communauté.
Cependant, la résistance des espèces existantes entrave l’établissement de nouveaux membres. Au lieu de cela, il est préférable de fournir du matériel génétique étranger en utilisant l’approche « descendante », qui implique un transfert horizontal de gènes (HGT) entre les microbes. L’objectif principal ici est de créer des systèmes efficaces pour la propagation de l’ADN modifié à travers une communauté microbienne complexe.
Les processus HGT comprennent la conjugaison, la transformation et la transduction. Le système de conjugaison porté par le plasmide (petit ADN extrachromosomique) RP4 (également connu sous le nom de RK2), découvert en 1969, est un modèle éprouvé de transfert d’ADN dans les bactéries gram-positives et négatives. De plus, les scientifiques souhaitent désormais étendre la boîte à outils pour l’ingénierie du microbiome à base de plasmide RP4 à un large éventail de micro-organismes.
À cette fin, une équipe de recherche du Centre national espagnol de biotechnologie à Madrid a réassemblé le plasmide RP4 pour créer un vecteur capable de propager des traits génétiquement codés dans diverses communautés microbiennes.
Les chercheurs ont modifié les composants fonctionnels de RP4 pour créer « pMATING », un vecteur plasmidique auto-transmissible systématique. L’étude a été publiée dans Recherche BioDesign par une équipe dirigée par le professeur Victor de Lorenzo et ses collègues Tomás Aparicio, Jillian Silbert et Sherezade Cepeda. « Le résultat final de nos recherches a été un ensemble d’outils optimisé pour la livraison et la circulation des gènes dans des consortiums microbiens naturels », explique le professeur Lorenzo.
L’équipe a d’abord mis en place des expériences d’accouplement pour tester les performances de pMATING chez deux espèces gram-négatives différentes, Escherichia coli et Pseudomonas putida EM42. Avec des efficacités de transfert élevées, pMATING pourrait passer avec succès d’E. coli à P. putida et vice versa.
Avec cette découverte à l’esprit, les chercheurs ont mené deux tests de conjugaison supplémentaires pour transférer l’ADN d’E. coli à la bactérie gram-positive Bacillus subtilis et à la levure Saccharomyces cerevisiae. Ils ont été stupéfaits de découvrir que pMATING pouvait transférer de l’ADN aux deux receveurs, indiquant une « conjugaison transroyaume » des bactéries aux champignons, un concept qui a rarement été rapporté ailleurs.
Les chercheurs ont ensuite cherché à savoir si leur plasmide nouvellement créé pouvait se propager à différentes espèces bactériennes. Des pools microbiens indépendants ont été isolés à partir d’échantillons de sol prélevés à deux endroits différents en Espagne, et le transfert de pMATING a été suivi à l’aide d’une étiquette fluorescente verte. À l’exception de quelques-uns, la majorité de ces isolats ont pu recevoir avec succès l’ADN.
Ce transfert a également été validé dans un échantillon de sol naturel hors laboratoire recouvert de bactéries donneuses P. putida. Ces résultats semblent répondre à une préoccupation majeure concernant l’application de HGT aux bactéries vivant dans l’environnement naturel.
Alors que l’étude répond à la plupart des questions sur le transfert de vecteurs entre les communautés bactériennes, la plus grande inconnue est de savoir si les receveurs deviennent des donneurs après avoir reçu le plasmide. « Il est vrai que pMATING permet aux bactéries de transmettre le plasmide à d’autres bactéries. Cependant, ce n’est pas toujours le cas. Ce n’est pas dû à l’incapacité du receveur à accepter de l’ADN étranger. Au contraire, certains donneurs peuvent être réticents à donner leur ADN. à d’autres espèces », explique le professeur Lorenzo.
Alors que des études antérieures ont rapporté un transfert conjugatif entre divers micro-organismes, pMATING est le premier à délivrer des gènes à travers les microbiomes environnementaux. Le professeur Lorenzo conclut : « Avec sa taille relativement petite et sa facilité d’utilisation, pMATING2 peut être un outil fantastique pour le flux de gènes dans des communautés bactériennes complexes. Les futurs vecteurs inspirés par celui-ci seront utiles pour stimuler les niches microbiennes cibles à des fins médicales, environnementales et industrielles. applications. »
Plus d’information:
Tomás Aparicio et al, Propagation de gènes recombinants à travers des microbiomes complexes avec des vecteurs plasmidiques mini-RP4 synthétiques, Recherche BioDesign (2022). DOI : 10.34133/2022/9850305
Fourni par BioDesign Research