Progrès de la recherche sur l'extraction de métabolites secondaires actifs de Streptomyces à l'aide de groupes de gènes de silencieux d'activation non dirigés
Les métabolites secondaires microbiens constituent une classe de substances structurellement diverses, fonctionnellement complexes et biologiquement actives qui jouent un rôle important dans la recherche et le développement de médicaments. À ce jour, environ 300 000 composés ont été identifiés à partir de micro-organismes, dont plus de 60% d'antibiotiques provenant de Streptomyces. Cependant, avec l'isolement d'un grand nombre de métabolites secondaires, la probabilité de découvrir des antibiotiques ayant une activité biologique significative et des structures nouvelles à partir de Streptomyces diminue. Ces dernières années, avec l'application généralisée de la technologie de séquençage du génome dans le séquençage microbien, une grande quantité d'informations sur le génome de Streptomyces a été rendue publique. L'analyse bioinformatique des données du génome de Streptomyces a révélé qu'une grande partie des gènes sont encore silencieux, ce qui indique qu'un grand nombre de métabolites secondaires potentiels n'ont pas encore été découverts. En raison des conditions de culture conventionnelles, les groupes de gènes biosynthétiques des Streptomyces n'ont pas été activés de manière efficace, ce qui fait que leurs voies métaboliques uniques sont souvent peu ou pas exprimées. Il est donc très important d'explorer de nouveaux métabolites secondaires actifs en activant le groupe de gènes silencieux de Streptomyces.
Afin d'activer l'expression des gènes silencieux chez les Streptomyces et de découvrir des métabolites secondaires plus actifs, diverses méthodes d'activation des groupes de gènes silencieux ont été développées et appliquées jusqu'à présent. Les stratégies couramment utilisées peuvent être divisées en deux catégories : la première est une stratégie d'activation non dirigée, qui incite Streptomyces à produire différents métabolites en modifiant la composition du milieu de culture (source de carbone, source d'azote, oligo-éléments, activateurs chimiques), l'environnement de croissance de la souche (température, pH, aération, type de récipient) ou la co-culture microbienne ; Un autre type est la stratégie d'activation ciblée, qui utilise la technologie d'édition de gènes (CRISPR-Cas9), l'activation ciblée de groupes de gènes spécifiques (ingénierie des promoteurs, activation de facteurs de régulation spécifiques à une voie, expression hétérologue) et d'autres moyens pour permettre l'expression de gènes réduits au silence chez les Streptomyces. Par rapport aux stratégies d'activation ciblée, les stratégies d'activation non ciblée ne nécessitent pas la mise en place d'un système de manipulation génétique pour la souche cible, ce qui présente l'avantage d'un fonctionnement simple et de la possibilité d'activer simultanément plusieurs groupes de gènes biosynthétiques (plutôt qu'un groupe de gènes biosynthétiques spécifique), ce qui les rend plus largement applicables. Cet article donne un bref aperçu des stratégies d'activation non dirigée des gènes silencieux chez les Streptomyces, telles que la modification de la composition du milieu de culture ou des conditions de culture, les stratégies de co-culture, l'ajout d'activateurs chimiques et la régulation globale (voir figure 1), et décrit les problèmes rencontrés et les perspectives de développement dans ce domaine.

La découverte des antibiotiques est une étape importante dans l'histoire du développement médical, car elle a permis de réduire considérablement l'incidence et la mortalité des infections bactériennes. Actuellement, environ 60% des antibiotiques découverts sont produits par Streptomyces. Cependant, avec l'utilisation généralisée des antibiotiques, les problèmes de résistance et de superbactéries deviennent de plus en plus importants. Pour résoudre les problèmes de résistance aux médicaments et de superbactéries, il est urgent d'explorer de nouveaux antibiotiques. L'analyse bioinformatique des données du génome de Streptomyces a révélé qu'une grande partie des gènes sont silencieux. Par conséquent, l'activation des groupes de gènes silencieux chez Streptomyces est l'une des questions les plus importantes à l'heure actuelle. De plus en plus de chercheurs ont remarqué le potentiel des Streptomyces pour découvrir de nouveaux composés et ont commencé à étudier comment stimuler l'activation des groupes de gènes silencieux.

Selon que le gène cible de l'activation est clair ou non, nous divisons les stratégies d'activation actuelles en stratégies d'activation dirigée et en stratégies d'activation non dirigée. Les stratégies d'activation non dirigées comprennent les stratégies d'activation qui modifient la composition ou les conditions du milieu de culture, les stratégies de co-culture, l'ajout d'activateurs chimiques et la régulation globale. Par rapport à certaines méthodes basées sur les gènes, telles que l'ingénierie des ribosomes, l'ingénierie des promoteurs, la régulation des facteurs de transcription, etc., les stratégies d'activation non dirigées ont leurs propres avantages et limites (voir tableau 4). Ces dernières années, de nouvelles méthodes de pointe ont été mises au point, telles que les plateformes microfluidiques, la combinaison de la microfermentation et des modèles métaboliques à l'échelle du génome, la combinaison des tubes biogènes et de la génomique, les HiTE, etc. La combinaison de stratégies d'activation non ciblées et d'analyses d'empreintes métaboliques a permis d'obtenir des résultats significatifs dans l'extraction de métabolites secondaires.