Biosynthèse d’analogues de thiocillines par mutagenèse dirigée

 

Les thiocillines sont des antibiotiques peptidiques incorporant le motif thiazole et constituant une famille de plus de 80 membres présentant la même structure globale. Ils sont classiquement produits par fermentation de diverses bactéries.

 

Structure des thiocillines

 

Ces molécules présentent des activités antibiotiques intéressantes mais sont pénalisées par une faible solubilité en milieu physiologique et par une mauvaise pharmacocinétique.

La synthèse totale de ces molécules constitue un défi intéressant permettant d’envisager la préparation d’analogues où l’on remplace un groupe par un autre pour tenter d’augmenter l’activité biologique.

Si cela peut se faire sans trop de problème sur des molécules simples, ce type de structure complexe présentant de plus de nombreux points de variation potentielle est plus gênant pour le chimiste de synthèse qui doit trouver une méthode permettant d’accéder rapidement à un maximum d’analogues.

 

Le génie génétique permet d’outrepasser ce type de problème. Ainsi la modification d’un ou plusieurs gène de l’organisme producteur d’une molécule A, va entraîner la modification des protéines biosynthétisant cette molécule. Les protéines étant modifiées, l’organisme ne produira plus A mais des analogues A’, A’’…..

D’où un extraordinaire gain de temps puisqu’il « suffit » d’incorporer de faire muter un gène de l’organisme producteur, de placer la bactérie dans un milieu de culture approprié, puis d’extraire les molécules formées après un temps plus ou moins long de fermentation.

La connaissance de plus en plus précise en génomique et protéomique nous permettent de savoir que la modification de telle partie de l’ADN va induire une modification de l’action de telle protéine.

Il est également possible d’identifier sur une protéine quel acide aminé est responsable de la formation de tel partie de la molécule étudiée.

 

Forte de ces connaissances, l’équipe de Christopher Walsh a entrepris de biosynthétiser des analogues des thiocillines en modifiant l’un des gènes de Bacillus cereus ATCC 14579, l’une des bactéries produisant ces molécules.

Ils ont ainsi identifié un fragment de gène permettant la maturation des molécules attendues. En modifiant ce fragment, ils ont ainsi pu biosynthétiser 65 nouvelles thiocillines présentant des activités biologiques variables.

Ils ont ainsi montré quelles étaient les positions modifiables sans perdre totalement l’activité antibiotique et lesquelles ne devaient pas être touchées.

 

Ce type de technique a tendance à se répandre et devrait dans les années à venir simplifier grandement la vie des chimistes. En effet, une fois la molécule présentant la meilleure activité biologique identifié par cette technique de mutagenèse dirigée, il ne reste plus au chimiste qu’à trouver une voie originale et efficace pour produire cette molécule à un niveau industriel.

 

 

Source : Acker, M.G.; Bowers, A.A.; Walsh, C.T. J. Am. Chem. Soc., 2009

DOI : 10.1021/ja908777t