Nouvelles découvertes sur les métabolites et les enzymes des lichens

Les champignons sont des organismes fascinants qui jouent des rôles essentiels dans la nature. L'une de leurs capacités uniques est de produire des substances chimiques spéciales appelées Métabolites secondaires. Ces composés ne sont pas nécessaires pour la croissance ou la survie des champignons, mais ils ont des fonctions cruciales comme aider à la reproduction, communiquer avec d'autres êtres vivants et se défendre contre les défis environnementaux.

Parmi les champignons, les lichens sont particulièrement intéressants. Les lichens se forment lorsque des champignons vivent ensemble harmonieusement avec des algues ou des cyanobactéries. Ils s'épanouissent dans des environnements divers et sont connus pour produire une grande variété de métabolites secondaires, y compris des teintures naturelles et des composés bioactifs. Malgré leur importance, les lichens restent relativement inexplorés à cause de leur biologie complexe et des défis liés à leur étude en laboratoire.

Des avancées récentes en séquençage ADN et bioinformatique ont facilité l'étude de la génétique des champignons formant des lichens. Les scientifiques ont pu obtenir des séquences de génome de haute qualité qui les aident à comprendre le potentiel de ces champignons à produire de nouveaux composés. Cependant, un obstacle majeur est la difficulté d'exprimer des gènes de ces organismes dans d'autres espèces, ce qui limite la capacité à relier des métabolites spécifiques à leurs gènes biosynthétiques correspondants.

#Focalisation des recherches

Dans des études récentes, seulement quelques gènes des champignons formant des lichens ont été exprimés avec succès dans d'autres organismes. Cependant, les chercheurs sont impatients d'explorer davantage le potentiel biosynthétique de ces champignons. Leur analyse a révélé un nombre surprenant de gènes liés à un groupe d’enzymes spécifiques appelé diméthylallyltryptophan synthases (DMATS). Ces enzymes font partie d'une grande famille connue pour leur rôle dans la production d'alcaloïdes indoliques, qui sont des composés connus pour leurs puissants effets sur les animaux.

Bien qu'ils aient trouvé de nombreux gènes liés à DMATS, aucun alcaloïde indolique n'a été signalé chez les lichens. Cette contradiction soulève des questions sur le rôle réel de ces enzymes chez les champignons formant des lichens. Les explorations autour de ces enzymes ont conduit les chercheurs à sélectionner plusieurs candidats pour des enquêtes plus poussées. Ils ont surexprimé ces enzymes dans un autre champignon pour mieux comprendre leurs fonctions.

#Analyse expérimentale

Un lichen spécifique, appelé Letharia lupina, a été choisi pour l'analyse. Les chercheurs ont examiné son génome afin de rechercher des grappes de gènes biosynthétiques. Parmi les nombreuses grappes de gènes identifiées, certaines étaient liées à la production de composés indoliques et incluaient DMATS comme enzyme clé. Les chercheurs ont cherché à confirmer leurs découvertes à travers plusieurs génomes publiés de champignons formant des lichens, identifiant au total 67 gènes liés à DMATS.

Une analyse plus poussée a révélé deux régions génétiques intrigantes dans le génome de différents lichens qui codent pour des enzymes DMATS-like uniques. Ces découvertes ont conduit à la sélection de quatre gènes DMATS pour expérimentation. En tentant de cloner l'un de ces gènes, les chercheurs ont découvert une erreur de séquence mais ont poursuivi avec les autres enzymes candidates.

#Production de nouveaux composés

Les chercheurs ont introduit avec succès deux de ces gènes DMATS dans le champignon Aspergillus oryzae pour voir s'ils pourraient produire de nouveaux composés. Après culture, les métabolites ont été extraits pour analyse. En utilisant des techniques avancées, ils ont détecté la production de deux nouveaux composés qui n'étaient pas présents dans les échantillons de contrôle.

Avec une analyse plus approfondie, les chercheurs ont attribué des formules moléculaires à ces composés, qui se sont révélés être des dérivés de la tyrosine, un acide aminé courant. Ils ont émis l'hypothèse que les nouveaux composés se formaient en ajoutant un groupe diméthylallyl à la tyrosine et à sa version N-acétylée.

Pour confirmer ces hypothèses, les chercheurs ont cherché à purifier les nouveaux composés et à les analyser en utilisant des techniques de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Leurs efforts comprenaient des méthodes semi-préparatives pour isoler les composés de plus grands lots de culture. Les résultats RMN correspondaient à leurs prédictions, confirmant l'identité des nouveaux produits.

#Perspectives sur l'activité enzymatique

En plus d'identifier les nouveaux composés, les chercheurs s'intéressaient à la façon dont ces enzymes DMATS fonctionnaient. Ils voulaient déterminer les types de composés sur lesquels ces enzymes pouvaient agir. L'analyse des séquences d'acides aminés des enzymes a révélé des similitudes avec d'autres enzymes connues responsables de l'ajout de groupes chimiques aux composés aromatiques.

Des études supplémentaires ont indiqué que les enzymes DMATS provenant de champignons formant des lichens préfèrent probablement travailler avec des structures aromatiques non indoliques, comme celles dérivées de la tyrosine ou de la phénylalanine. Ce comportement est en accord avec les produits naturels abondants dans les lichens. En revanche, les lichens ont peu de métabolites contenant de l'azote, et aucun alcaloïde indolique n'a été trouvé chez eux. Cette rareté est probablement due au fait que l'azote est une ressource limitée pour ces champignons.

#Comprendre la structure et la fonction des enzymes

Pour approfondir leur compréhension, les chercheurs ont utilisé des outils computationnels pour modéliser les structures des enzymes DMATS actives. En comparant ces modèles à ceux d'enzymes connues, ils ont constaté que la structure globale des enzymes DMATS de lichen était bien préservée. Ils ont mis en avant des résidus spécifiques qui sont cruciaux pour la catalyse et la liaison au substrat.

Le positionnement de ces résidus et la forme globale des sites actifs ont suggéré un mécanisme conservé pour le fonctionnement de ces enzymes. Bien que les deux enzymes produisent le même produit, les chercheurs étaient intrigués par les raisons de leur spécificité. Des études de docking ont suggéré que les enzymes interagissent avec leur substrat, menant à la production de 4-O-diméthylallyltyrosine, le composé identifié.

#Directions futures et applications

À travers leur travail, les chercheurs ont identifié avec succès deux enzymes de type DMATS fonctionnelles provenant de champignons formant des lichens. Ces découvertes ouvrent la voie à de nouvelles investigations sur les biocatalyseurs dérivés de lichens, qui pourraient être utiles dans diverses applications, y compris le développement de médicaments.

L'étude de ces enzymes montre un potentiel prometteur dans la découverte de nouveaux composés aux qualités médicinales qui pourraient être utilisés en pharmacie. En explorant les voies biosynthétiques et les capacités enzymatiques, les scientifiques espèrent trouver des utilisations innovantes pour les métabolites de lichens dans l'amélioration des activités biologiques.

En comprenant la structure et la fonction des enzymes de type DMATS, de futures recherches pourraient mener à l'ingénierie de biocatalyseurs plus efficaces. Ceux-ci pourraient potentiellement modifier des composés existants ou en créer de nouveaux ayant des propriétés désirables dans différents domaines de la science.

Les résultats soulignent l'importance des lichens comme source de métabolites uniques, justifiant d'explorer davantage leur potentiel chimique. Les scientifiques pensent qu'explorer les voies biosynthétiques pourrait offrir des informations précieuses et des composés novateurs avec des implications biologiques significatives.

#Conclusion

En résumé, les champignons formant des lichens ont montré qu'ils produisent des métabolites intéressants via leurs enzymes uniques. Les recherches récentes ont permis de mieux comprendre les enzymes DMATS spécifiques qui aident à créer de nouveaux composés. Grâce à la bioinformatique et aux techniques expérimentales, les chercheurs visent à découvrir tout le potentiel de ces champignons. Au fur et à mesure que les connaissances avancent, d'autres explorations pourraient conduire à des découvertes passionnantes ayant des implications pour la médecine et d'autres domaines. L'avenir de la recherche sur les lichens promet de révéler de nouvelles voies biochimiques et des métabolites qui pourraient bénéficier à la société.