Une collaboration de recherche a découvert une nouvelle façon de générer rapidement une série de produits naturels médicalement importants après avoir découvert une technique révolutionnaire qui transforme le marathon de l'évolution en un sprint.

La découverte surprise est survenue lorsque l'équipe de recherche a reproduit par inadvertance un processus que les bactéries utilisent pour faire évoluer leur machinerie afin de fabriquer des produits naturels.

Maintenant l'équipe, qui comprend des scientifiques du John Innes Centre, prévoient d'exploiter ce processus pour générer des « bibliothèques » de composés précieux créés à partir de la technique qu'ils ont nommée Évolution accélérée.

"Depuis 20 ans, nous utilisons la bio-ingénierie rationnelle pour modifier les structures chimiques de produits naturels cliniquement importants - en utilisant la génétique pour fabriquer une nouvelle molécule dans un processus parallèle à la chimie médicinale - et c'est ce que nous faisions lorsque nous sommes tombés sur cela, " a déclaré le professeur Barrie Wilkinson du John Innes Centre.

"Nous avons découvert une toute nouvelle façon de faire les choses, celui qui nous apprendra également comment améliorer les systèmes de bio-ingénierie de manière rationnelle. »

La collaboration a été dirigée par Isomerase Therapeutics Ltd, et inclus l'Université de Cambridge, Pfizer, Roche et DSTL.

L'équipe a participé à des travaux de laboratoire pour produire de nouvelles versions de rapamycine, un composé naturel à succès commercial produit par des bactéries, utilisé pour prévenir le rejet de greffe d'organe et traiter certains cancers.

La rapamycine appartient à une classe de composés médicalement et agricolement importants appelés polykétides. Les champignons et les bactéries produisent ces composés pour leur donner un avantage de survie, par exemple pour se défendre contre les attaques d'agents pathogènes et sécuriser les ressources dans l'environnement.

Dans le cadre de leur expérience, l'équipe a inséré un réplicon thermosensible dans le génome de la souche hôte, les bactéries du sol Streptomyces rapamycinicus.

Mais au lieu du résultat attendu - une nouvelle souche de Streptomyces rapamycinicus produisant une nouvelle version spécifique de la rapamycine - ils ont isolé un large éventail de nouvelles souches qui ont chacune produit de nouvelles molécules inattendues. Ces souches pourraient être encore modifiées, conduisant à des centaines de nouvelles, composés structurellement divers.

L'équipe pense que, en insérant le réplicon dans les gènes responsables de la fabrication de la rapamycine, ils ont introduit par inadvertance une instabilité génétique qui a activé un processus de réparation de l'ADN appelé réplication homologue.

Cela a amené la bactérie hôte à "cracher" le réplicon du génome, provoquant un réarrangement des gènes de biosynthèse de la rapamycine.

Le professeur Wilkinson explique :« Nous pensons que ce processus imite et accélère les processus qui prévalent au cours de l'évolution naturelle des polycétides.

En mettant en place une plate-forme de développement de découverte de médicaments pour exploiter la plate-forme d'évolution accélérée, l'équipe pense qu'elle est au début d'une nouvelle ère dans la découverte de médicaments de produits naturels.

Dr Matthieu Grégoire, un auteur correspondant de l'article et PDG d'Isomerase Therapeutics Ltd, a déclaré:"Le travail décrit dans cet article a des ramifications importantes pour le domaine des produits naturels et la biologie synthétique en général."

La découverte est décrite dans le journal Communication Nature dans un article intitulé « La biosynthèse orientée vers la diversité via l'évolution accélérée des groupes de gènes modulaires ».