Les scientifiques ont conçu des bactéries pour produire du pN-Phe, un acide aminé non standard avec des applications médicales potentielles. Les travaux futurs permettront d’optimiser ce processus et d’explorer son potentiel dans les vaccins et les immunothérapies.
Les résultats, publiés dans la revue Nature Chimie Biologiejeter les bases du développement futur de vaccins et d’immunothérapies uniques.
Les acides aminés sont les éléments fondamentaux des protéines, indispensables au fonctionnement optimal des structures biologiques. Les protéines de toutes les formes de vie sont composées de 20 noyaux acides aminés. Cependant, la nature offre une variété impressionnante de plus de 500 acides aminés distincts. De plus, une pléthore d’acides aminés synthétiques ont été créés par l’ingéniosité humaine. Ces acides aminés alternatifs sont prometteurs dans le développement de produits pharmaceutiques et de traitements thérapeutiques innovants.
Maintenant, des chercheurs de l’Université du Delaware dans le laboratoire d’Aditya Kunjapur, professeur adjoint au Département de génie chimique et biomoléculaire du Collège d’ingénierie, ont conçu des bactéries pour synthétiser un amino acide qui contient un groupe fonctionnel rare dont d’autres ont montré qu’il avait des implications dans la régulation de notre système immunitaire. Les chercheurs ont également appris à une seule souche bactérienne à créer l’acide aminé et à le placer à des sites spécifiques au sein des protéines cibles. Ces conclusions, publiées dans Nature Chimie Biologiefournissent une base pour le développement de vaccins et d’immunothérapies uniques à l’avenir.
Le laboratoire de Kunjapur utilise des outils issus de la biologie synthétique et du génie génétique pour créer des micro-organismes capables de synthétiser différents types de composés et de molécules, en particulier ceux dont les groupes fonctionnels ou les propriétés ne sont pas bien représentés dans la nature.
Dans cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur la para-nitro-L-phénylalanine (pN-Phe), un acide aminé non standard qui ne fait pas partie des vingt acides aminés standard et qui n’a pas été observé dans la nature. D’autres groupes de recherche ont utilisé pN-Phe comme outil pour stimuler le système immunitaire à réagir aux protéines qu’il ignore généralement.
« Le groupe fonctionnel chimique nitro a des propriétés précieuses et a été sous-exploré par les personnes qui tentent de recâbler le métabolisme », a déclaré Kunjapur. « pN-Phe a également une belle histoire dans la littérature – il peut être ajouté à une protéine de souris, restitué à des souris, et le système immunitaire ne tolérera plus la version originale de cette protéine. Cette capacité est prometteuse pour le traitement ou la prévention de maladies causées par des protéines voyous sur lesquelles le système immunitaire a du mal à se verrouiller.
Les méthodes d’expansion du code génétique ont permis aux chercheurs d’augmenter «l’alphabet» des acides aminés disponibles codés par ADN. En couplant les techniques d’ingénierie métabolique avec l’expansion du code génétique, les chercheurs ont pu créer un système produisant des protéines nitrées de manière autonome.
« En raison de la chimie des groupes fonctionnels nitro, l’acide aminé que nous avons choisi comme cible pour ce projet n’était pas conventionnel, et de nombreux scientifiques de notre domaine ne s’attendaient peut-être pas à ce qu’il puisse être fabriqué par biosynthèse », a déclaré Kunjapur.
La prochaine étape de cette recherche consiste à optimiser leurs méthodes pour synthétiser de plus grandes quantités de protéines nitrées et à étendre ce travail à d’autres micro-organismes. L’objectif à long terme est d’affiner davantage cette plate-forme pour les applications liées aux vaccins ou aux immunothérapies, efforts soutenus par le prix AIChE Langer 2021 de Kunjapur et le prix 2022 Instituts nationaux de la santé Prix du nouvel innovateur du réalisateur. Pour soutenir davantage cet objectif à long terme, Kunjapur et Neil Butler, candidat au doctorat et premier auteur de cet article, ont cofondé Nitro Biosciences.
« Je pense que les implications sont intéressantes, en ce sens que vous pouvez prendre le métabolisme central d’une bactérie, sa capacité à produire différents composés, et avec quelques modifications, vous êtes en mesure d’élargir son répertoire chimique », a déclaré Butler. « La fonctionnalité nitro est rare en biologie et absente des 20 acides aminés standard, mais nous avons montré que le métabolisme bactérien est suffisamment malléable pour pouvoir être recâblé pour créer et intégrer cette fonctionnalité. »
Kunjapur a ajouté : « Les bactéries sont des véhicules potentiellement utiles pour l’administration de médicaments. Nous pensons avoir créé un outil qui pourrait tirer parti de la capacité des bactéries à produire des antigènes cibles dans le corps et exploiter la capacité de la nitration à faire la lumière sur ces antigènes en même temps.
La recherche a été financée par une subvention de la National Science Foundation.
