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La synthèse peptidique non ribosomale (NRPS)

Cadre général du travail

Un mécanisme original de synthèse peptidique non-ribosomiale existe chez une grande variété de micro-organismes et aboutit à la synthèse de nombreux peptides possédant une activité biologique : surfactants, antibiotiques, antifongiques, antitumoraux, etc. Les NRPS (Non-Ribosomal Peptide Synthetases) sont des enzymes multifonctionnelles organisées en modules responsables de la synthèse de ces peptides. Chaque module possède plusieurs activités catalytiques et assure l’incorporation de substrats monomériques variés (plusieurs centaines de peptides différents ont été identifiés). Les peptides bioactifs issus de cette voie de synthèse ont un petit poids moléculaire, comprennent moins de 50 acides aminés et possèdent des applications potentielles dans les domaines industriels et médicaux.

Nous menons une recherche ciblée de ces peptides parmi une collection de souches de  staphylocoques d’origine pathogène ou commensale. S. equorum est l’espèce de référence puisqu’une molécule issue du système NRPS, la micrococcine P1, a été bien caractérisée chez cette espèce. Nous recherchons la présence d’autres peptides bioactifs chez les staphylocoques par amplification par PCR de gènes de type NRPS. Les séquences des gènes repérés vont être analysées avec les outils de biologie moléculaire et par utilisation des outils bioinformatiques afin de prédire la structure modulaire des NRPS. L’objectif final est de pouvoir isoler et identifier le (ou les) peptide(s) bioactif(s) produit(s). L’étude de la synthèse de ces molécules et la sélection de souches surproductrices constituent des étapes essentielles pour la compréhension du fonctionnement des synthétases et l’étude des peptides. Pour cela des techniques de purification de peptides ou de construction de souches recombinantes pourront être réalisées. L’ensemble de ces résultats permettra de comprendre le rôle que jouent les peptides bioactifs chez les staphylocoques et de mieux connaître le comportement de ces bactéries en présence de ces molécules biologiquement actives.

Par ailleurs, nous avons entrepris une étude fonctionnelle de domaines d’adénylation d’enzymes NRPS. Les domaines d’adénylation ont été identifiés comme les principaux éléments responsables de la spécificité de l’incorporation des acides aminés et molécules apparentées. Des études cristallographiques de certains domaines d’adénylation ainsi que des analyses d’activités enzymatiques, ont permis de caractériser un site d’interaction dont la structure détermine la spécificité. Des modèles de prédiction de spécificités ont été élaborés mais ceux-ci demeurent insatisfaisants dans de nombreux cas. L’étude de domaines d’adénylation dont les substrats sont imprédictibles est nécessaire afin d’affiner les outils d’analyse ainsi que d’accumuler suffisamment de connaissance de ces domaines pour pouvoir modifier leur spécificité, générant des variants peptidiques. 

Équipe

  • Sigrid Flahaut (ULB)
  • Sandra Matthijs (COCOF)
  • Nathalie Brandt (COCOF)
  • Raphaël Dutoit (COCOF)
  • Catherine Tricot (COCOF)

Publications

  • Matthijs S., Coorevits A., Teklemichael Gebrekidan T., Tricot C., Vander Wauven C., Pirnay J.-P., De Vos P., Cornelis P., in press. Evaluation of the oprI and oprL genes as molecular markers for the genus Pseudomonas and their use to study the biodiversity of a small Belgian River. Research in Microbiology.
  • Manuel S. López-Berges M. S., Capilla J., Turrà D., Schafferer L., Matthijs S., Jöchl C., Cornelis P., Guarro J., Haas H. and Di Pietro A., 2012. HapX-Mediated Iron Homeostasis Is Essential for Rhizosphere Competence and Virulence of the Soilborne Pathogen Fusarium oxysporum. The Plant Cell 24: 3805-3822.
  • Li W., Estrada-de los Santos P., Matthijs S., Xie G., Busson R., Cornelis P., Rozenski J. and De Mot R., 2011. The salicylate-containing Pseudomonas putida antibiotic promysalin promotes surface colonization and selectively targets other Pseudomonas. Chemistry & Biology 18: 1320-30.
  • Shinkevich E., Deblander J., Matthijs S., Jacobs J., De Kimpe N. and AbSbaspour Tehrani K. Synthesis of 1-substituted 1,2,3,4-tetrahydrobenz[g]isoquinoline-5,10-diones. 2011. Org Biomol Chem. 9:538-48. PMID: 20976352
  • Tapi A., Chollet-Imbert M., Scherens B., Jacques P. New approach for the detection of non ribosomal peptide synthetase genes in Bacillus strains by Polymerase Chain Reaction. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2009 Sep 3. Epub ahead of print. PMID: 19730852.

Collaborations

  • Philippe Jacques (Professeur à l’Ecole Interfacultaire de Bio-ingénieurs de l’ULB et à la Faculté Polytechnique de l’Université de Lille 1)