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Oct 31, 2023

Nouveaux domaines de liaison aux glucides identifiés par des écrans métagénomiques fonctionnels basés sur la présentation sur phages du microbiote intestinal humain

Communications Biology volume 6, Numéro d'article : 371 (2023) Citer cet article 2698 Accès 1 Citations 10 Détails d'Altmetric Metrics Les microbes non cultivés représentent une énorme ressource biologique inexploitée

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 371 (2023) Citer cet article

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Les microbes non cultivés représentent une énorme ressource biologique inexploitée de nouveaux gènes et produits génétiques. Bien que les récents efforts de séquençage génomique et métagénomique aient conduit à l'identification de nombreux gènes homologues aux gènes annotés existants, il reste néanmoins un énorme pool de gènes non annotés qui ne trouvent pas d'homologie de séquence significative avec les gènes annotés existants. La métagénomique fonctionnelle offre un moyen d'identifier et d'annoter de nouveaux produits génétiques. Ici, nous utilisons la métagénomique fonctionnelle pour exploiter de nouveaux domaines de liaison aux glucides qui pourraient aider les commensaux intestinaux humains à adhérer, à la colonisation intestinale et au métabolisme des glucides complexes. Nous rapportons la construction et le criblage fonctionnel d'une bibliothèque de présentation de phages métagénomiques à partir d'échantillons fécaux humains sains contre des polysaccharides/glycoconjugués alimentaires, microbiens et hôtes. Nous identifions plusieurs séquences protéiques qui ne correspondent à aucun domaine protéique connu, mais qui devraient contenir des replis de type module de liaison aux glucides. Nous exprimons, purifions et caractérisons biochimiquement certains de ces domaines protéiques de manière hétérologue et démontrons leur fonction de liaison aux glucides. Notre étude révèle plusieurs domaines de liaison aux glucides non annotés auparavant, notamment un domaine de liaison au lévane et quatre domaines complexes de liaison aux N-glycanes qui pourraient être utiles pour le marquage, la visualisation et l'isolement de ces glycanes.

La Terre abrite des communautés microbiennes d’environ 4 à 6 × 1 030 cellules1 appartenant à plus d’un billion d’espèces2, dont la grande majorité n’a pas été cultivée par des techniques de laboratoire standard3 ni étudiée. Les communautés microbiennes représentent un réservoir potentiel pour l’extraction de nouvelles enzymes et biomolécules4. La métagénomique fonctionnelle et basée sur le séquençage, l'application de méthodes indépendantes de la culture, ont constitué un moyen puissant de comprendre et d'exploiter la complexité des communautés microbiennes pour la découverte de nouvelles biomolécules5. La métagénomique fonctionnelle, qui implique la construction de bibliothèques d'ADN métagénomique (en utilisant des vecteurs appropriés tels que des cosmides, des fosmides6 ou des phages7) et leur criblage pour un phénotype souhaité8, permet l'identification de gènes codant pour des produits géniques dotés de fonctions souhaitées sans aucune information préalable sur leur nature. propriétés basées sur la similarité de séquence dans les bases de données publiques. Par conséquent, cette stratégie, en plus de fournir de nouveaux gènes/protéines pour des applications biotechnologiques8, facilite également l'affectation fonctionnelle de protéines désignées comme protéines hypothétiques dans les bases de données9.

L'intestin humain est un paysage riche en glycanes avec une énorme complexité structurelle10 résultant de l'énorme diversité de monosaccharides et de liaisons glycosidiques dans les glycanes endogènes de la mucine11,12 dans le mucus de l'hôte13 ainsi que dans les polysaccharides végétaux alimentaires tels que l'amidon, l'hémicellulose et pectine10. Contrairement aux génomes humains, qui codent pour seulement 97 glycosides hydrolases, dont seulement 17 décomposent un petit sous-ensemble de liaisons glycosidiques présentes dans les nutriments glucidiques comme le saccharose, le lactose et l'amidon, un mini-microbiome construit avec 177 génomes de référence du microbiote intestinal humain a été créé. s'est avéré posséder 15 882 gènes différents d'enzymes actives dans les glucides (CAZyme) responsables du métabolisme des glycanes14. Il est évident que le métabolisme des glucides complexes dans l’intestin est assuré par les CAZymes des quelque mille milliards de microbes d’environ 160 espèces qui composent le microbiote intestinal humain15,16,17. Les CAZymes ont souvent une architecture modulaire, avec un ou plusieurs domaines catalytiques en tandem avec des modules auxiliaires non catalytiques ou des modules de liaison aux glucides (CBM)18 qui rapprochent le module catalytique de substrats inaccessibles et augmentent ainsi la concentration efficace du substrat et efficacité enzymatique19. Outre les CBM, d’autres protéines telles que les lectines bactériennes se lient également aux molécules de glucides présentes dans l’intestin20. Ainsi, le métagénome microbien de l’intestin humain constitue un immense trésor de gènes codant pour des protéines de liaison aux glucides qui peuvent être exploitées pour diverses applications21, comme le groupage sanguin22, la purification par affinité biospécifique23 et le ciblage d’applications pour la thérapie antitumorale et antivirale24. peut également approfondir notre compréhension des interactions hôte-commensal.