Chloé Moreau Une équipe de recherche de l’Institut Max Planck d’écologie chimique d’Iéna a révélé la voie de biosynthèse complète pour la formation de strychnine dans l’espèce végétale Strychnos nux-vomica (noix empoisonnée). Les chercheurs ont identifié tous les gènes impliqués dans la biosynthèse de la strychnine et d’autres métabolites et les ont exprimés dans la plante modèle Nicotiana benthamiana. Cela leur a permis de montrer que ces molécules extrêmement complexes et pharmacologiquement importantes peuvent être synthétisées à l’aide de méthodes de « génie métabolique ».
des romans ou des films. Agatha Christie a fait mourir plusieurs de ses victimes d’un empoisonnement à la strychnine. Elle a décrit ce qui est probablement le cas de meurtre fictif le in addition connu impliquant l’alcaloïde hautement toxique utilisé comme mort-aux-rats dans son premier roman “The Mysterious Affair at Types”. En science aussi, l’instinct d’investigation et le travail de détective sont parfois nécessaires. Les chercheurs dirigés par Benke Hong et Sarah O’Connor du Département de biosynthèse des produits naturels ont non seulement dû trouver un chaînon manquant, mais aussi démêler toute la chaîne d’événements biosynthétiques qui conduisent à la development de strychnine dans l’arbre à noix empoisonné. Pour rester dans le langage de la littérature policière, on pourrait dire : Ils ont résolu l’affaire !
Le chimiste et lauréat du prix Nobel Robert Robinson, qui a été l’un des premiers à élucider la composition de la strychnine dans les années 1940, a un jour décrit cet alcaloïde indole monoterpène comme la material chimique la moreover complexe pour sa taille moléculaire. De nombreux chimistes ont été enthousiasmés par l’architecture de la molécule de strychnine et ont développé des moyens de produire cette molécule en utilisant la synthèse chimique. Étonnamment, cependant, personne n’avait encore réussi à découvrir comment les plantes produisent ce produit naturel.
L’équipe de Benke Hong s’est maintenant attaquée à cette tâche colossale : « Notre query clé était de savoir comment trouver les gènes responsables de la biosynthèse de la strychnine dans la noix empoisonnée. Dans un premier temps, nous avons comparé l’expression des gènes (transcriptome) de deux espèces de la même genre (Strychnos), mais dont seul l’arbre à noix vénéneuse produit de la strychnine. dont nous ne savions pas qu’elle était correcte ou non », explique Benke Hong.
Les gènes en amont de la biosynthèse de la strychnine pour la formation d’un intermédiaire significant (la geissoschizine) ont été parfaitement élucidés chez la plante médicinale Catharanthus roseus (pervenche de Madagascar), qui est également étudiée dans le département de Sarah O’Connor, et les gènes homologues ont été identifiés dans l’arbre à noix empoisonné.
De nouveaux progrès nécessitaient le don d’un détective pour combiner des indices moléculaires et génétiques. “On pourrait dire que la chimie a guidé la découverte des gènes dans notre étude. Sur la foundation des structures et des mécanismes chimiques. À leur tour. a déclaré Sarah O’Connor, chef du Département de biosynthèse des produits naturels.
les chercheurs ont modifié des plants de tabac (Nicotiana benthamiana) pour produire temporairement les enzymes de Strychnos. ils ont ensuite cherché à savoir si le produit hypothétique était produit par le plant de tabac transformé. Cette méthode a permis des tests à haut débit de plusieurs gènes simultanément, ce qui a raccourci le temps nécessaire pour résoudre le puzzle.
la conversion de la prestrychnine en strychnine. Ils ont réalisé au contraire que cette conversion se produit spontanément, sans enzyme. Comme c’est souvent le cas aussi bien dans le travail de détective que dans la science, le hasard est venu à la rescousse : “La conversion spontanée de la prestrychnine en strychnine est une découverte fortuite. et nous avons d’abord pensé que ce processus devait être catalysé par une ou plusieurs enzymes. En fait, nous avons étudié de nombreuses enzymes, mais aucune d’entre elles n’était réactive. Étonnamment, un jour, j’ai découvert qu’un échantillon de prestrychnine stocké à température ambiante sur la paillasse du laboratoire s’était lentement converti en strychnine au fil du temps », explique Benke Hong. les chercheurs ont ainsi pu élucider la voie de biosynthèse complète de la strychnine. Alors que la brucine est également produite par la noix empoisonnée. qui ne produit ni strychnine ni brucine. Notamment, les chercheurs ont également découvert qu’un seul changement d’acide aminé dans l’une des enzymes biosynthétiques est responsable de la différence d’accumulation d’alcaloïdes dans la noix vénéneuse et les autres espèces de Strychnos.
L’élucidation de la biosynthèse des métabolites végétaux et l’utilisation biotechnologique de la foundation génétique pour la formation de composés végétaux médicalement importants dans les plantes modèles sont des domaines de recherche prometteurs.
