Thèse de doctorat : Procédés biotechnologiques et alimentaires : INPL : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre.

La recherche de nouveaux métabolites d'intérêt médical est toujours d'actualité, surtout si l'on considère que d'anciennes, mais aussi des nouvelles infections bactériennes ou virales apparaissent régulièrement. Les actinomycètes, et plus particulièrement les Streptomyces, sont les principaux producteurs de molécules anti-microbiennes. En effet, ils produisent presque 60-70% des produits naturels d'origine microbienne. La plupart de ces métabolites appartient à la classe des polycétides, qui sont synthétisés par des complexes multienzymatiques, les polycétide-synthétases (PKS). Les PKS utilisent des acides gras simples pour assembler des structures polycétidiques très diversifiées. Une approche très prometteuse pour identifier des nouvelles voies de biosynthèse de métabolites secondaires est basée sur une approche génomique ou « genome mining ». Le séquençage du chromosome linéaire de Streptomyces ambofaciens ATCC23877 a, entre autre, révélé sur le bras chromosomique droit, un cluster cryptique de gènes de PKS de type I de grande taille. Ce cluster contient 25 gènes, dont 9 gènes de biosynthèse, pour un total de 25 modules, tous fonctionnels. Les analyses in silico des gènes de PKS ont permis de prédire que le cluster serait responsable de la synthèse d'une molécule appartenant à la famille des macrolides. Dans des conditions standard de laboratoire, le cluster était silencieux. Afin d'activer l'expression du cluster, un gène de régulation, samR0484, présent dans le cluster et codant un régulateur de la famille LAL (Large ATP binding protein of the LuxR family), a été surexprimé dans la souche sauvage. Les analyses transcriptionelles ont montré que cela se traduisait par l'induction de l'expression des gènes de biosynthèse. Par conséquence, une stratégie de « comparative metabolic profiling » a été menée entre la souche sauvage et la souche mutante afin d'identifier le nouveau métabolite. Quatre formes différentes d'un macrolide avec un cycle lactonique de 50 carbones, ont été isolées et caractérisées. Ces composants, nommés sambomycine A, B, C et D, ont montré une activité antibactérienne et une activité antiproliférative intéressante. La détermination de la structure de la sambomycine a révélé des caractéristiques uniques et intéressantes, concernant la réaction de cyclisation et la synthèse d'un précurseur atypique. Ces mécanismes de biosynthèse ont fait l'objet d'une étude plus approfondie. Nous nous sommes également intéressés à la régulation de ce cluster. Le régulateur LAL agit comme un activateur transcriptionnel essentiel. Des analyses préliminaires indiquent que ce régulateur se fixe aux régions promotrices de certains gènes, notamment celles des gènes de biosynthèse ainsi que celles d'autres gènes de post-modification, activant ainsi leur transcription. / The constant and urgent need of novel bioactive compounds is the result of the emergence in the last decades of new and old infectious diseases, a sore for humankind. Actinomycetes and especially the genus Streptomyces are the principal producers of microbial drugs producing nearly 60-70% of the natural products. The majority of secondary metabolites belong to the class of polyketides that are synthesised by multienzymatic complexes named polyketides synthases (PKS). PKSs condensate simple small carboxylic acids to generate a wide range of complex polyketide structures. In the search for new drugs, the genome mining approach proved to be a powerful tool in the identification of cryptic secondary metabolite pathways. The sequencing and the analysis of Streptomyces ambofaciens ATCC23877 genome has revealed a large type I PKS cluster, on the right arm of the chromosome. The cluster contains 9 PKS, composed of 25 functional modules. In silico analysis of the PKS genes and of the tailoring genes enabled to predict the structure of the expected metabolite, a macrolide. In the laboratory standard conditions, the cluster showed to be silent. Therefore, to promote the expression of the cluster, the regulatory gene samR0484, encoding a LAL regulator (Large ATP binding protein of the LuxR family) was overexpressed in the wt strain. Transcriptional analyses showed that the PKS genes were expressed. Subsequently, by comparative metabolic profiling between the mutant strain and the wt, we were able to detect the novel metabolite produced by S. ambofaciens. Structural elucidation revealed four form of a 50-membered macrolide, named sambomycin. The compounds endow antibacterial and antitumoral activities. The structure unveiled unique and interesting characteristics of sambomycin, i.e. the cyclization reaction and the presence of an atypical extender unit. The mechanisms of biosynthesis have been analysed more in details in this work. We also investigated in the regulation of the cluster. The LAL regulator was shown to be an essential transcriptional activator, binding to the promoter regions of the PKS genes and probably to other genes in the cluster.

Des mutants issus de l'instabilité génétique chez Streptomyces ambofaciens appelés Pig-pap ont été caractérisés. L'analyse du chromosome de la souche 29C1 a révélé un nouveau type de réarrangement associé à la production d'un pigment vert. Les mutants Pig-pap dépigmentés et non sporulants sont issus de papilles sur les colonies. L'introduction du gène whiG codant un facteur sigma permet le retour à la sporulation et à la pigmentation. Ce gène n'est pas muté et est transcrit chez ces mutants. Le gène whiH dont la transcription dépend de WhiG n'est pas transcrit. WhiG ne serait pas fonctionnel et une modification post-transcriptionnelle de whiG aboutirait au phénotype Pig-pap. L'analyse de mutants issus d'un transconjugant a montré que le transgène whiG constitue une cible mutationnelle. De plus, la production de ces mutants est augmentée lors d'une carence en acides aminés et un mutant relA ne produit pas de papille, impliquant la réponse stringente dans ce phénomène.

L’induction de la synthèse d’une acide férulique estérase (AFE) a été étudiée chez Streptomyces ambofaciens ATCC 23877. L’activité la plus élevée a été détectée en présence de son de blé désamidonné ou de xylane d’avoine (0,22, 0,21 mU/mg protéine, respectivement). Des productions d’AFE en bioréacteur ont également été réalisées en utilisant 1% (p/v) de son de blé comme inducteur. Le niveau de production de l’AFE a été trois fois plus important en bioréacteur qu’en fiole d’Erlenmeyer. L’AFE de Streptomyces ambofaciens ATCC 23877 et celle de Humicola sp., présente dans un mélange enzymatique commercial (DepolTM 740L), ont été partiellement purifiées et caractérisées. A l’issue de la purification, l’activité AFE de Streptomyces ambofaciens ATCC 23877 a été trop faible pour pouvoir être utilisée ultérieurement en synthèse. Par contre, le potentiel de l’AFE de Humicola sp., concentrée par précipitation à l’acétone, pour la synthèse de différents esters phénoliques a été testé. Les meilleurs rendements de conversion ont été observés lors de l’absence de substitutions sur le cycle aromatique de l’acide phénolique ou en présence de groupements hydroxyles. Les synthèses en milieu non aqueux (M2B2) se sont montrées infructueuses en raison, peut-être, d’un effet néfaste du solvant sur l’enzyme / The induction of the ferulic acid esterase (FAE) synthesis was studied with Streptomyces ambofaciens ATCC 23877. The highest activity was detected in the presence of either destarched wheat bran or oat spelt xylan (0,22, 0,21 mU/mg protein, respectively). FAE productions in bioreactor were also carried out using 1% (w/v) of wheat bran as inducer. The FAE production level was three times higher in bioreactor than in Erlenmeyer flask. FAE of Streptomyces ambofaciens ATCC 23877 and that of Humicola sp., present in an enzymatic commercial mixture (DepolTM 740L), were partially purified and characterised. At the end of the purification, FAE activity of Streptomyces ambofaciens ATCC 23877 was too weak to be used later in synthesis. However, the FAE potential of Humicola sp., concentrated by acetone precipitation, for the synthesis of various phenolic esters was tested. The best conversion yields were observed in the absence of substitution on the phenolic acid aromatic cycle or in the presence of hydroxyl groups. The synthesis in non-aqueous medium (M2B2) were unsuccessful maybe because of an harmful effect of the solvent on the enzyme