«Des souches de Escherichia coli rendues résistantes aux
phages développées pour réduire l'échec de la fermentation»,
source KAIST
News.
Une stratégie systématique basée sur l'ingénierie du génome pour
développer des souches de Escherichia coli résistantes aux
phages a été développée avec succès grâce aux efforts de
collaboration d'une équipe dirigée par le professeur Sang Yup Lee,
le professeur Shi Chen et le professeur Lianrong Wang. Cette étude
de Xuan Zou et al. a été publié dans Nature
Communications en août 2022 et présenté dans Nature
Communications Editors’ Highlights. La collaboration entre la
School of Pharmaceutical Sciences à Wuhan University, la First
Affiliated Hospital of Shenzhen University et le KAIST Department of
Chemical and Biomolecular Engineering a fait une avancée importante
dans l'industrie du génie métabolique et de la fermentation, car
elle résout un gros problème d'infection par les phages. entraînant
un échec de la fermentation.
L'ingénierie métabolique des systèmes est un domaine hautement
interdisciplinaire qui a rendu possible le développement d'usines de
cellules microbiennes pour produire divers bioproduits, notamment des
produits chimiques, des carburants et des matériaux, de manière
durable et respectueuse de l'environnement, réduisant l'impact de
l'épuisement des ressources mondiales et du changement climatique.
Escherichia coli est l'une des souches microbiennes de base
les plus importantes, compte tenu de ses nombreuses applications dans
la production biosourcée d'une gamme variée de produits chimiques
et de matériaux. Avec le développement d'outils et de stratégies
pour l'ingénierie métabolique des systèmes utilisant E. coli,
une usine cellulaire hautement optimisée et bien caractérisée
jouera un rôle crucial dans la conversion de matières premières
bon marché et facilement disponibles en produits de grande valeur
économique et industrielle.
Cependant, le problème constant de la contamination par les phages
dans la fermentation impose un impact dévastateur sur les cellules
hôtes et menace la productivité des bioprocédés bactériens dans
les installations de biotechnologie, ce qui peut entraîner un échec
généralisé de la fermentation et une perte économique
incommensurable. Les systèmes de défense contrôlés par l'hôte
peuvent être développés en solutions de génie génétique
efficaces pour lutter contre la contamination par les bactériophages
dans la fermentation à l'échelle industrielle ; cependant, la
plupart des mécanismes de résistance ne restreignent que
étroitement les phages et leur effet sur la contamination par les
phages sera limité.
Il y a eu des tentatives pour développer diverses capacités/systèmes
d'adaptation environnementale ou de défense antivirale. Les efforts
de collaboration de l'équipe ont permis de développer un nouveau
système de défense de type II par phosphorothioation (Ssp pour
single-stranded DNA phosphorothioation) de l'ADN simple brin dérivé
de E. coli 3234/A, qui peut être utilisé dans plusieurs
souches industrielles de E. coli (par exemple, E. coli
K-12, B et W) pour fournir une large protection contre divers types
de coliphages d'ADNdb. De plus, ils ont développé une stratégie
systématique d'ingénierie du génome impliquant l'intégration
génomique simultanée du module de défense Ssp et des mutations
dans des composants essentiels au cycle de vie du phage. Cette
stratégie peut être utilisée pour transformer des hôtes E.
coli très sensibles aux attaques de phages en souches ayant de
puissants effets de restriction sur les bactériophages testés. Cela
confère aux hôtes une forte résistance contre un large spectre
d'infections par les phages sans affecter la croissance bactérienne
et la fonction physiologique normale. Plus important encore, les
souches résistantes aux phages modifiées résultantes ont maintenu
les capacités de production des produits chimiques et des protéines
recombinantes souhaités même sous des niveaux élevés de
provocation par cocktail de phages, ce qui offre une protection
cruciale contre les attaques de phages.
Il s'agit d'une avancée majeure, car elle fournit une solution
systématique pour l'ingénierie de souches bactériennes résistantes
aux phages, en particulier les souches de bioproduction industrielle,
afin de protéger les cellules d'un large éventail de
bactériophages. Compte tenu de la fonctionnalité de cette stratégie
d'ingénierie avec diverses souches de E. coli, la stratégie
rapportée dans cette étude peut être largement étendue à
d'autres espèces bactériennes et applications industrielles, ce qui
sera d'un grand intérêt pour les chercheurs du milieu universitaire
et de l'industrie.
Figure. Un modèle
schématique de la stratégie systématique d'ingénierie des souches
industrielles de E. coli sensibles aux phages en souches avec de
larges activités antiphages. Grâce à l'intégration génomique
simultanée d'un module de défense Ssp basé sur la
phosphorothioation de l'ADN et de mutations de composants essentiels
au cycle de vie du phage, les souches de
E. coli
modifiées présentent une forte résistance contre divers phages
testés et maintiennent les capacités de production d'exemples de
protéines recombinantes, même sous des niveaux élevés de
challenge
par un
cocktail de
phages.
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