Des chercheurs de Princeton Chemistry ont découvert une voie de biosynthèse qui incorpore du sélénium dans de petites molécules microbiennes, marquant la première fois que de tels atomes ont été découverts dans des produits naturels et ouvrant de nouvelles voies en sélénobiologie.

La recherche suggère également fortement que le sélénium, un oligo-élément essentiel dans tous les règnes de la vie, pourrait avoir un rôle biologique plus important dans les bactéries que les scientifiques ne le supposaient à l'origine.

L'article du laboratoire, "Biosynthèse de petites molécules contenant du sélénium dans divers micro-organismes", a été rédigé par Chase Kayrouz, un étudiant diplômé de quatrième année du laboratoire ; les post-doctorants Jonathan Huang et Nicole Hauser; et Mohammad Seyedsayamdost, professeur au Département de chimie.

"C'était une sorte de champ fermé. Personne n'avait trouvé de nouvelle voie dans le métabolisme du sélénium en 20 ans", a déclaré Kayrouz. « La biosynthèse des sélénoprotéines et des acides sélénonucléiques a été élucidée dans les années 80 et 90. Et depuis lors, les gens ont en quelque sorte supposé que ce sont les seules choses que les microbes font avec le sélénium. Nous nous sommes simplement demandé s'ils pouvaient incorporer du sélénium dans d'autres petites molécules ? Il s'avère que oui."

Seyedsayamdost dit que leur "travail montre que la nature a effectivement développé des voies pour incorporer cet élément dans de petites molécules, des sucres et des métabolites secondaires. Le sélénium a des propriétés remarquables qui sont distinctes de celles de tout autre élément trouvé dans les biomolécules. Incorporation du sélénium dans la sélénonéine, par exemple, en fait un bien meilleur antioxydant que la version soufrée de la molécule. Mais alors que le soufre est omniprésent dans les biomolécules, la présence de sélénium est beaucoup plus rare et on pensait qu'elle se limitait aux biopolymères."

"La nature a développé des mécanismes spécifiques pour incorporer du soufre ou du sélénium dans les produits naturels, tirant ainsi parti des propriétés uniques des deux éléments par des voies spécifiques à chacun."

À la recherche de sélénium

Le laboratoire a commencé son enquête en supposant que les atomes de sélénium devraient exister dans les produits naturels en raison de leur ubiquité d'utilisation ailleurs. Ils ont demandé à quoi ressemblerait une telle signature dans les génomes microbiens ?

"Comment voyez-vous réellement où se trouve un nouveau médicament ou produit naturel ou métabolite de sélénium, comment le trouvez-vous ?" dit Kayrouz. "Nous recherchons généralement des grappes de gènes biosynthétiques - des groupes de gènes sur le chromosome qui codent pour la biosynthèse de telles molécules. Ainsi, si nous avons une voie pour fabriquer un composé contenant du sélénium, il doit être codé par des gènes."

Ils ont mis en place une stratégie d'exploration du génome à la recherche de gènes qui se trouvent à côté de selD, qui code la première étape de tous les processus connus de sélénium à l'intérieur de la cellule.

Assez rapidement, ils ont trouvé un gène co-localisé avec selD, appelé senB, qui a retenu leur attention, notamment parce qu'il n'avait jamais été impliqué auparavant dans le métabolisme du sélénium.

Un examen plus approfondi a découvert un troisième gène co-localisé, appelé SenA. Kayrouz a émis l'hypothèse que ces trois gènes pourraient être impliqués dans une nouvelle voie de biosynthèse du sélénium.

"Tout d'abord, nous avons défini à quoi ressemblerait un groupe de gènes biosynthétiques incorporant du sélénium", a déclaré Seyedsayamdost. "Nous avons ensuite utilisé la bioinformatique pour rechercher de tels gènes et identifié ce que nous appelons maintenant le" cluster sen "dans divers génomes microbiens."

Ils ont pu exprimer chacun de ces nouveaux gènes dans Escherichia coli, assemblant ainsi l'ensemble de la voie dans un tube à essai. Cela a révélé la production de deux petites molécules contenant du sélénium, un sélénosucre et une molécule appelée sélénonéine. Elle a également révélé deux enzymes qui forment des liaisons carbone-sélénium, les premières enzymes de ce type à agir sur de petites molécules biologiques.

"Les microbes mettent du sélénium dans ces composés pour une raison, il doit donc y avoir une bioactivité intéressante qui leur est associée", a déclaré Kayrouz. "Nous ne savons pas encore ce que c'est, mais c'est extrêmement excitant. En tant que chimistes biologistes, nous nous réveillons tous les jours avec des découvertes comme celle-ci."

La recherche a été publiée dans Nature . + Explorer plus loin

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