Article de référence | Réf : BIO6267 v1

Conclusion
Biologie synthétique appliquée aux bactériocines

Auteur(s) : Félix JAUMAUX, Philippe GABANT

Date de publication : 10 juin 2024

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RÉSUMÉ

Les bactériocines, peptides antimicrobiens sécrétés par les bactéries, jouent un rôle clé dans l'écologie microbienne et présentent un potentiel industriel significatif. Des avancées en génomique et en biologie synthétique ont permis de surmonter les premiers obstacles technologiques liés à leur production. La collection PARAGEN qui regroupe un éventail de gènes de bactériocines synthétiques ouvre la voie à des formulations des bactériocines, ciblant avec précision par exemple des agents pathogènes. Cet article met en lumière le potentiel transformationnel de PARAGEN et anticipe l'impact futur des bactériocines à l’ère de la biologie synthétique dans de multiples usages industriels.

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Auteur(s)

  • Félix JAUMAUX : PhD - R&D Project Manager - Syngulon, Seraing, Belgique

  • Philippe GABANT : PhD - Co-fondateur, CSO - Syngulon, Seraing, Belgique

INTRODUCTION

Les bactériocines, des peptides antimicrobiens sécrétés par les bactéries, constituent des armes biologiques fascinantes faisant partie du patrimoine génétique des bactéries. Dans leurs environnements naturels, les bactéries mettent en œuvre cet arsenal pour contrer les microbes compétiteurs au sein de leur niche écologique. Ces composés, découverts il y a près d’un siècle au même moment que les antibiotiques et les bactériophages , ont rapidement suscité l’intérêt pour leur potentiel applicatif considérable, notamment en tant qu’agents antimicrobiens novateurs qui permettraient de lutter de manière ciblée contre les agents infectieux affectant l’être humain. Toutefois, malgré leur potentiel, l’exploitation industrielle des bactériocines a été entravée par des défis inhérents à leur nature génétique complexe et à leur diversité structurelle. Cette problématique a longtemps représenté un obstacle majeur à leur développement et à leur application à grande échelle.

Dans le contexte actuel marqué par une augmentation alarmante de la résistance aux antibiotiques, la recherche de nouvelles solutions pour combattre les infections bactériennes devenues résistantes aux antibiotiques devient une priorité absolue de santé publique. Les bactériocines, avec leur mécanisme d’action spécifique et ciblé, offrent une voie prometteuse pour surmonter certains des défis posés par l’augmentation de la résistance aux antibiotiques. De plus, les bactériocines ont évolué pour cibler sélectivement certaines bactéries. Cette propriété pourrait être utilisée pour tuer des pathogènes sans perturber la flore bactérienne commensale bénéfique, ce qui ouvre des perspectives d’applications dans la santé humaine, animale et environnementale.

L’avènement de la génomique et, plus récemment, de la biologie synthétique a révolutionné notre approche de l’analyse fonctionnelle des bactériocines. Les séquençages d’ADN génomique ont permis de cartographier avec précision le génome de nombreuses espèces bactériennes, facilitant ainsi l’identification et la caractérisation des gènes codant pour de nouvelles bactériocines. Parallèlement, la biologie synthétique a offert des outils innovants pour la conception, la modification et la production de bactériocines, permettant de surmonter les limites associées à leur production à partir de leur hôte naturel. Ces avancées technologiques ont conduit à l’élaboration de PARAGEN, la plus grande collection standardisée de gènes de bactériocines synthétiques à ce jour. Cette collection développée par Syngulon est en constante expansion et sert maintenant de point de départ pour le choix de bactériocines pertinentes pour différentes applications. Ceci marque un tournant dans l’exploration du potentiel applicatif des bactériocines à l’ère de la biologie synthétique.

Cet article se propose d’explorer l’univers des bactériocines dans leurs écosystèmes en mettant en lumière le rôle crucial de pierre angulaire de la collection PARAGEN qui, sans nul doute, permettra de repousser les frontières de l’utilisation des bactériocines dans le biocontrôle bactérien dans divers secteurs. Il se termine par l’illustration, via des résultats de recherches récentes, du potentiel des bactériocines comme alternatives ou compléments aux antibiotiques traditionnels.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio6267


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8. Conclusion

La collection PARAGEN incarne une avancée significative dans l’exploitation stratégique des bactériocines, ouvrant des voies innovantes pour relever les défis liés à l’approche « One Health ». Les recherches consacrées à ces peptides dans le traitement des infections bactériennes révèlent un potentiel thérapeutique considérable souligné par leur aptitude à cibler avec précision les pathogènes, tout en préservant le microbiome bénéfique. De plus, l’alliance prometteuse entre la biologie synthétique et l’intelligence artificielle marque le seuil d’une révolution imminente dans la découverte et l’optimisation de nouvelles bactériocines, accélérant leur application et leur intégration dans différents secteurs. Malgré les défis existants, les perspectives pour les bactériocines sont exceptionnellement prometteuses, portant en elles un potentiel encore inexploité.

Remerciements

Nous souhaitons exprimer notre gratitude à la Région wallonne pour son soutien financier essentiel à la réalisation de ce projet. Ce travail a été partiellement financé par les conventions de financement 7627 PARAGEN, crucial pour l’établissement d’une collection de bactériocines, ainsi que 8065 STAPHCONTROL et 2110254 SKINCURE, deux financements de thèse de doctorat en entreprise, aidant à la caractérisation du fonctionnement de ces bactériocines et de leur production.

Leur générosité a joué un rôle décisif dans le succès de notre recherche.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - WAINWRIGHT (M.) -   André Gratia (1893-1950): Forgotten Pioneer of research into antimicrobial agents.  -  Journal of medical Biography (2000).

  • (2) - KUMARIYA (R.), GARSA (A.K.), RAJPUT (Y.S.), SOOD (S.K.), AKHTAR (N.), PATEL (S.) -   Bacteriocins: Classification, synthesis, mechanism of action and resistance development in food spoilage causing bacteria.  -  Mi crobial Pathogenesis, vol. 128, p. 171‑177 (2019) – 10.1016/j.micpath.2019.01.002

  • (3) - JUMPER (J.), EVANS (R.), PRITZEL (A.), GREEN (T.), FIGURNOV (M.), RONNEBERGER (O.), TUNYASUVUNAKOOL (K.) et al -   Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold.  -  Nature, vol. 596, p. 583‑589 (2021) – 10.1038/s41586-021-03819-2

  • (4) - SOLTANI (S.), HAMMAMI (R.), COTTER (P.D.), REBUFFAT (S.), BEN SAID (L.), ENE GAUDREAU (H.), BIRON (E.) et al -   Bacteriocins as a new generation of antimicrobials: toxicity aspects and regulations.  -  FEMS Microbiology Reviews, vol. 039, p. 1‑24 (2021) – 10.1093/femsre/fuaa039

  • (5) - LE (M.N.T.), KAWADA-MATSUO (M.), -KOMATSUZAWA (H.) -   Efficiency...

ANNEXES

  1. 1 Brevets

    1 Brevets

    Controlled growth of microorganisms. US Patent 9,333,227 / 10,188,114 + CN Patent ZL 201480057387.2 + EP3035802B1 + BR1120160035330 + IN389267

    Engineering bacteriocins. US Patent Application 62681529 (filed June 6, 2018)

    Bacteriocin for new application. Patent Application 2022/253743 A1 (filed 30 May 2022)

    Cerein 7B bacteriocin for new application. Patent Application 2022/253741 A1 (filed 30 May 2022)

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    1/ Quiz d'entraînement

    Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

    2/ Test de validation

    Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

    Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


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