Les micro-organismes assemblent souvent des produits naturels similaires aux chaînes d'assemblage de produits. Certaines enzymes, les peptides synthétases non ribosomiques (NRPS), jouer un rôle clé dans ce processus. Les biotechnologues de l'Université Goethe ont maintenant réussi à modifier ces enzymes afin que des produits naturels entièrement nouveaux, ou encore des bibliothèques de produits naturels, peut être produit par des micro-organismes.

De nombreux produits naturels importants tels que les antibiotiques, immunosuppresseurs, ou les médicaments anticancéreux sont produits par des micro-organismes. Ces produits naturels sont souvent de petits peptides, qui dans plusieurs cas, sont trop complexes pour une synthèse chimique en laboratoire. Chez les producteurs microbiens de ces médicaments, les médicaments sont générés à l'aide des enzymes NRPS d'une manière similaire à une usine automobile moderne :à chaque station, des pièces supplémentaires sont ajoutées à la structure de base jusqu'à ce qu'une automobile complète quitte l'usine. Dans le cas du NRPS, un acide aminé spécifique est incorporé et traité à chaque station (module) pour qu'au final, émergent des peptides qui peuvent être linéaires, cyclique ou autrement modifié, et qui peuvent également transporter des acides aminés inhabituels.

Bien que les principes de base du NRPS soient connus depuis longtemps, il était auparavant très difficile de modifier ces enzymes d'une manière simple et efficace qui permet également l'assemblage complet d'enzymes entièrement artificielles conduisant à des peptides nouveaux dans la nature. Alors que dans le passé, la modification du NRPS entraînait généralement une baisse spectaculaire du titre de production des peptides modifiés souhaités, le groupe de recherche Molecular Biotechnology du professeur Helge Bode avait déjà publié en 2018 une nouvelle méthode qui évitait cet inconvénient. Le groupe a maintenant encore optimisé cette méthode permettant la production facile de nouveaux peptides avec un excellent rendement.

"Nous utilisons des fragments de systèmes NRPS naturels de différentes bactéries comme blocs de construction que nous connectons les uns aux autres à l'aide de points d'assemblage spécifiques que nous avons identifiés, " Andreas Tietze et Janik Kranz expliquent, de l'approche de recherche qu'ils ont développée dans le cadre d'une équipe plus large du groupe Bode. « Les rendements sont comparables à la production naturelle des produits naturels non modifiés et les nouvelles méthodes permettent également la production simple de bibliothèques de peptides, ce qui n'était pas possible avant".

La méthode est si bien rodée, les débutants peuvent l'utiliser pour produire de nouveaux peptides après une courte période d'entraînement. Mais pour en arriver là, c'était un long chemin. « Suite aux premières expériences prometteuses de Kenan, mon doctorat étudiant à l'époque, nous avons longuement travaillé sur le projet avec une grande partie de mon groupe jusqu'à ce que nous soyons certains que notre méthode répondait aux exigences d'une méthode d'ingénierie robuste et facilement reproductible, » déclare Bode. « Grâce aux programmes prioritaires LOEWE MegaSyn et Translational Biodiversity Genomics, nous avions le personnel et le soutien financier nécessaires, et pouvait se concentrer complètement sur le projet."

L'étape suivante consiste à modifier les premiers médicaments cliniquement pertinents avec cette méthode et à les produire dans des micro-organismes en appliquant des méthodes biotechnologiques. Les conditions pour cela sont bonnes :Bode n'a reçu que récemment l'une des prestigieuses subventions ERC Advanced Grants du Conseil européen de la recherche afin d'optimiser davantage les méthodes au cours des cinq prochaines années.