«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.
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