1. Régulation transcriptionnelle :
- Facteurs de transcription :Les micro-organismes peuvent produire des facteurs de transcription qui se lient spécifiquement à l'ADN et favorisent ou répriment la transcription de certains gènes. Ces facteurs de transcription peuvent être activés ou inhibés par divers signaux environnementaux ou intermédiaires métaboliques. Par exemple, la présence d’un substrat ou d’un sous-produit spécifique peut déclencher l’expression de gènes impliqués dans son métabolisme ou sa détoxification.
2. Stabilité de l’ARNm :
- Riboswitches :Les riboswitches sont des éléments d'ARN agissant en cis situés dans la région non traduite 5' (UTR) des transcrits d'ARNm. Ils peuvent se lier à des métabolites ou ligands spécifiques et réguler l’accessibilité du site de liaison du ribosome, contrôlant ainsi la traduction du gène en aval. Par exemple, les riboswitches peuvent détecter la disponibilité de certains nutriments, tels que le glucose ou les acides aminés, et moduler l'expression de gènes impliqués dans leur absorption et leur métabolisme.
3. Régulation translationnelle :
- Petits ARN régulateurs (ARNs) :les ARNs sont de petites molécules d'ARN non codantes qui régulent l'expression des gènes en se liant à l'ARNm des gènes cibles et en interférant avec leur traduction. Ils peuvent inhiber la traduction ou induire une dégradation de l'ARNm. Les ARNs peuvent être produits par le micro-organisme hôte ou même par les membres de la communauté microbienne impliqués dans le processus de bioraffinage.
4. Détection du quorum :
- Les bioraffineries microbiennes impliquent souvent des communautés microbiennes. La détection du quorum est un mécanisme de communication de cellule à cellule utilisé par de nombreux micro-organismes pour coordonner leur comportement. Cela permet à la communauté microbienne de ressentir sa densité et de réagir collectivement. Par exemple, lorsqu’un certain seuil d’une molécule signal spécifique est atteint, cela peut déclencher l’expression de gènes impliqués dans la formation de biofilms, la production d’antibiotiques ou d’autres activités métaboliques cruciales pour le processus de bioraffinage.
5. Régulation métabolique :
- Inhibition et induction du feedback :Les voies métaboliques sont régulées par des mécanismes de feedback. Les produits finaux ou intermédiaires peuvent inhiber l’activité des enzymes antérieures dans la voie, empêchant ainsi l’accumulation de métabolites en excès. À l’inverse, les substrats peuvent induire l’expression de gènes codant pour des enzymes impliquées dans leur métabolisme, garantissant ainsi une utilisation efficace des ressources disponibles.
6. Détection environnementale :
- Systèmes à deux composants :De nombreux micro-organismes utilisent des systèmes à deux composants pour détecter et réagir aux changements environnementaux. Ces systèmes sont constitués d'une protéine capteur transmembranaire qui détecte les signaux externes et d'un régulateur de réponse cytoplasmique qui module l'expression des gènes. La protéine capteur peut être activée en se liant à des ligands spécifiques, conduisant à des changements transcriptionnels qui adaptent le métabolisme microbien aux conditions dominantes.
7. Systèmes CRISPR-Cas :
- Les systèmes CRISPR-Cas sont des mécanismes de défense adaptatifs présents chez de nombreuses bactéries et archées. Ils jouent un rôle dans la régulation des gènes en ciblant et en faisant taire des séquences d'ADN spécifiques. Dans certaines applications de bioraffinerie microbienne, les systèmes CRISPR-Cas peuvent être conçus pour réguler l’expression de gènes impliqués dans la synthèse des bioproduits ou dans les voies métaboliques.
Il est important de noter que les mécanismes de régulation employés par les bioraffineries microbiennes sont très divers, influencés par les micro-organismes spécifiques impliqués, les substrats et produits d'intérêt, ainsi que par le réseau métabolique global. Les approches de biologie des systèmes, telles que la modélisation métabolique et la transcriptomique à l’échelle du génome, sont souvent utilisées pour comprendre et optimiser les mécanismes de régulation au sein des bioraffineries microbiennes afin d’améliorer les performances et la productivité.
