Soutenance de thèse de LEYDET Létitia
Titre de thèse
La mini-voie des terpènes, une plateforme innovante : de la caractérisation in vitro à la production in vivo
The terpene mini-path, an innovative platform : from in vitro characterization to in vivo production.
Résumé de la thèse
Les terpénoïdes constituent la famille de molécules naturelles la plus abondante sur Terre. À ce jour, plus de 100 000 composés sont décrits et intéressent la communauté scientifique pour leurs propriétés structurelles, biologiques (antibiotiques, anticancéreux, anti-inflammatoires, etc.) et physicochimiques (nettoyants, arômes, colorants, etc.). Néanmoins, leur accès reste limité d'une part en raison de la faible quantité disponible par extraction à partir de sources naturelles et d'autre part en raison d'une synthèse chimique coûteuse, laborieuse, chronophage et molécule dépendante. La mini-voie des terpènes développée au laboratoire présente une alternative simple et efficace pour accéder aux deux précurseurs universels des terpènes, en seulement deux étapes enzymatiques.
Une cascade artificielle simple et complète de production de terpènes est alors possible par l'ajout aux deux enzymes de la mini-voie des terpènes, d'une prényl transférase et une terpène synthase/cyclase ; l'ensemble générant un squelette carboné polycyclique.
Dans ce travail de thèse, une première partie réalisée en collaboration avec le laboratoire de Biodiversité et Biotechnologie Fongiques (BBF), consiste en la caractérisation de différentes sesquiterpène synthases putatives de Leiotrametes menziesii, un champignon de la famille des polyporaceae, dont le génome a récemment été séquencé. Une de ces terpène synthases a été sélectionnée pour le développement de la cascade artificielle grâce à la biologie de synthèse, ce qui constitue la seconde partie de ce travail de thèse.
Nous avons choisi la δ-cadinol synthase (dont le produit, le δ-cadinol, est connu pour ses propriétés anticancéreuses, antimicrobiennes, antifongiques et anti-inflammatoires) afin de mettre en place une cascade complète de production terpénique in vivo chez Escherichia coli. En combinant des approches de bioinformatique, de génétique, de biologie moléculaire, de microbiologie et de bioconversion, nous avons développé une cascade enzymatique optimisée utilisable comme plateforme de production de sesqui- et de tri- terpènes. Ce nouvel outil de (bio)synthèse permet ainsi de faciliter l'accès et la production de composés terpéniques, mais aussi d'explorer la biodiversité des terpène synthases.
Thesis resume
Terpenoids constitute the most abundant family of natural molecules on Earth. To date, over 100,000 compounds have been described, attracting scientific interest for their structural, biological (antibiotics, anticancer, anti-inflammatory, etc.) and physicochemical (cleaners, flavors, dyes, etc.) properties. Nevertheless, their accessibility remains limited partly due to the small quantities available from extraction from natural sources and partly due to the expensive, laborious, time-consuming and molecule-dependent chemical synthesis. The terpene mini-path developed in the laboratory offers a simple and effective alternative to access the two universal terpene precursors in just two enzymatic steps.
A simple and complete artificial cascade of terpene production is then possible by adding to the two enzymes of the terpene mini-pathway, a prenyltransferase and a terpene synthase/cyclase; together, they generate a polycyclic carbon skeleton (backbone).
The first part of this thesis work, carried out in collaboration with the Fungal Biodiversity and Biotechnology Laboratory (BBF), involves characterizing various putative sesquiterpene synthases from Leiotrametes menziesii, a fungus of the polyporaceae family, whose genome has recently been sequenced. One of these terpene synthases was selected for the development of the artificial cascade using synthetic biology, which constitutes the second part of this thesis work.
We chose δ-cadinol synthase (whose product, δ-cadinol, is known for its anticancer, antimicrobial, antifungal and anti-inflammatory properties) to establish a complete in vivo terpene production cascade in Escherichia coli. By combining bioinformatics, genetics, molecular biology, microbiology and bioconversion approaches, we developed an optimized enzymatic cascade usable as a production platform for sesqui- and tri- terpenes. This new (bio)synthesis tool not only facilitates the accessand production of terpene compounds, but also enables us to explore the biodiversity of terpene synthases.