Un nouveau système de biocapteur dérivé de la bactérie E. coli pourrait accélérer le développement de médicaments

Pour des options de médicaments plus abordables et durables que celles dont nous disposons aujourd’hui, les médicaments que nous prenons pour traiter l’hypertension artérielle, la douleur ou la perte de mémoire pourraient un jour provenir de bactéries artificielles, cultivées dans un récipient comme le yaourt. . Et grâce à un nouvel outil bactérien développé par des scientifiques de l’Université du Texas à Austin, le processus d’amélioration de la fabrication de médicaments dans les cellules bactériennes pourrait arriver plus tôt que prévu.

Pendant des décennies, les chercheurs ont cherché des moyens de rendre la fabrication de médicaments plus abordable et durable que les processus actuels des fabricants de produits pharmaceutiques, dont beaucoup reposent sur des cultures végétales ou de l’huile. L’utilisation de bactéries a été suggérée comme une bonne alternative biologique, mais la détection et l’optimisation de la production de molécules thérapeutiques sont difficiles et chronophages, nécessitant des mois d’affilée. Dans un nouvel article publié cette semaine dans biologie chimique naturelle, L’équipe de l’UT Austin présente un système de biocapteur, dérivé de la bactérie E. coli, qui peut être adapté pour détecter toutes sortes de composés thérapeutiques avec précision et en quelques heures seulement.

Nous découvrons comment donner des « sens » aux bactéries, similaires aux récepteurs olfactifs ou aux récepteurs du goût, et les utiliser pour détecter les divers composés qu’elles pourraient produire. »

Andrew Ellington, professeur de biosciences moléculaires et auteur correspondant sur le papier

De nombreux médicaments que nous prenons sont fabriqués à partir d’ingrédients d’origine végétale (pensez, par exemple, à la morphine, l’analgésique narcotique qui provient du coquelicot, ou à la galantamine, un médicament contre la démence qui provient des jonquilles). L’extraction de médicaments à partir de ces plantes est compliquée et gourmande en ressources, nécessitant de l’eau et de la terre pour faire pousser les cultures. Les chaînes d’approvisionnement sont facilement interrompues. Et les récoltes peuvent être endommagées par les inondations, les incendies et les sécheresses. L’obtention de composés thérapeutiques similaires par la chimie de synthèse pose également des problèmes, car le processus repose sur le pétrole et les produits dérivés du pétrole pour les déchets et les dépenses.

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Entrez les humbles bactéries, une alternative économique, efficace et durable. Le code génétique des bactéries peut être facilement manipulé pour les transformer en usines de production de médicaments. Dans un processus appelé biosynthèse, les systèmes biologiques des bactéries sont exploités pour produire des molécules spécifiques dans le cadre du processus cellulaire naturel. Et les bactéries peuvent se répliquer à grande vitesse. Tout ce dont ils ont besoin pour faire le travail, c’est du sucre.

Malheureusement, les fabricants n’ont pas eu le moyen de cribler rapidement différentes souches de bactéries modifiées pour identifier celles qui sont capables de produire des quantités d’un médicament souhaité dans des volumes commerciaux ; jusqu’à maintenant. L’analyse précise des milliers de souches modifiées sur le chemin d’un bon producteur peut prendre des semaines ou des mois avec la technologie actuelle, mais seulement une journée avec les nouveaux biocapteurs.

« Il n’existe actuellement aucun biocapteur pour la plupart des métabolites végétaux », a déclaré Simon d’Oelsnitz, chercheur au Département des biosciences moléculaires et premier auteur de l’article. « Avec cette technique, il devrait être possible de créer des biocapteurs pour une large gamme de médicaments. »

Les biocapteurs développés par d’Oelsnitz, Ellington et leurs collègues déterminent rapidement et avec précision la quantité d’une molécule donnée produite par une souche de bactéries. L’équipe a développé les biocapteurs pour plusieurs types de médicaments courants, tels que les antitussifs et les vasodilatateurs, utilisés pour traiter les spasmes musculaires. Les images moléculaires des biocapteurs prises par les cristallographes à rayons X Wantae Kim et Yan Jessie Zhang montrent exactement à quel point ils s’accrochent à leur médicament associé. Lorsque le biocapteur détecte le médicament, il s’allume. En outre, l’équipe a conçu sa propre bactérie pour produire un composé présent dans plusieurs médicaments approuvés par la FDA et a utilisé les biocapteurs pour analyser la sortie du produit, montrant essentiellement comment l’industrie pourrait adopter des biocapteurs pour optimiser rapidement la fabrication de produits chimiques. .

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« Bien qu’il ne s’agisse pas du premier biocapteur », a déclaré d’Oelsnitz, « cette technique permet de les développer plus rapidement et plus efficacement. En retour, cela ouvre la porte à la production de plus de médicaments par biosynthèse. »

Wantae Kim, Nathaniel T. Burkholder, Kamyab Javanmardi, Yan Jessie Zhang et Hal Alper de UT Austin, et Ross Thyer, anciennement de UT Austin et maintenant à Rice University, ont collaboré à la recherche. La recherche a été financée par la Defense Advanced Research Projects Agency, la Welch Foundation, le Air Force Office of Scientific Research et les National Institutes of Health. Ellington est titulaire de la chaire Nancy Lee et Perry R. Bass Regents en biologie moléculaire.

Police de caractère:

Université du Texas à Austin

Référence magazine :

d’Oelsnitz, S. et coll. (2022) Utilisation de biocapteurs fongibles pour développer des biosynthèses améliorées d’alcaloïdes. Biologie de la nature chimique. doi.org/10.1038/s41589-022-01072-w.

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