La protéine rolr est dérivée de Corynebacterium glutamicum et appartient à la famille des protéines répresseurs tetr. Dans la nature, sa fonction est bien définie: en identifiant et en combinant le résorcinol (un produit chimique largement utilisé dans la production industrielle), il régule l'expression des gènes bactériens, aide les bactéries à faire face au résorcinol dans l'environnement et évite les dommages.

Cette « spécificité » est à la fois un avantage et une limitation dans la recherche scientifique. Les scientifiques se sont rendu compte que si rollr pouvait « apprendre » à identifier davantage de molécules, il serait possible de développer des biocapteurs à faible coût et à haute sensibilité qui pourraient être utilisés dans la surveillance de l’environnement (comme la détection des substances aromatiques nocives dans les eaux usées industrielles), la synthèse de médicaments (surveillance en temps réel de la concentration d’intermédiaires pharmaceutiques) et même le diagnostic de maladies (identification de marqueurs moléculaires associés à la maladie).

Pour permettre à rolr d’acquérir de nouvelles capacités, les chercheurs ont adopté la technologie de « l’évolution dirigée », qui simule l’optimisation fonctionnelle accélérée des processus évolutifs naturels, en trois étapes clés:

Rolr identifie le résorcinol substrat par le biais de « poches de liaison de ligand», dont la forme et la composition en acides aminés déterminent le type de molécule qu'il peut lier. Les chercheurs ont passé au crible 19 acides aminés clés situés dans ou près de votre poche. Ces acides aminés ont été mutés avec précision par les techniques « combinated Active Site saturation Test (Cast) » et « iterative saturation Mutagenesis (ISM) », créant des variants rolr massifs (figures 1.a-c). Il est important de noter que les chercheurs ont délibérément retenu l’acide aminé d149 – le « Grip clé» de rolr pour reconnaître le résorcinol, dont la mutation entraîne une perte totale de fonction.

Seules quelques - unes des banques de variants post - mutants remplissent simultanément deux conditions: se lier normalement aux gènes régulateurs de l’adn (garantissant la fonction basale) et être « activées » par de nouvelles molécules cibles (obtenant de nouvelles fonctions). Les chercheurs ont utilisé la protéine Antiporter Teta pour concevoir un système de « double sélection » (figure 1D, figure 2):

Cette méthode de dépistage peut éliminer efficacement les variantes « non qualifiées», laissant finalement des candidats de qualité « pleinement fonctionnels + nouvelle réponse moléculaire».

L'équipe de recherche ne s'est pas arrêtée à la variante de première génération. Ils ont poursuivi l'optimisation mutationnelle en utilisant comme modèle l'identification des variantes des catéchols, obtenant finalement des variantes rolr capables de reconnaître 6 nouvelles molécules, dont:

L'utilité d'un biocapteur dépend en grande partie de sa capacité à fonctionner dans différents hôtes. L’équipe de recherche a « transplanté » la variante modifiée de rolr dans Saccharomyces cerevisiae, un modèle biologique eucaryote couramment utilisé (Figure 3), et a constaté que:

La surface des résultats de l'étude, le rolr modifié avec une applicabilité inter - espèces, a jeté les bases de son utilisation dans les eucaryotes, tels que la surveillance métabolique dans les usines de cellules de levure.

De la reconnaissance exclusive du résorcinol à la transformation en « généraliste » capable de distinguer de nombreuses molécules, le parcours de transformation de rolr démontre le charme central de la biologie synthétique – en manipulant avec précision des molécules biologiques qui peuvent donner à la vie de nouvelles fonctions et résoudre des problèmes réels auxquels l’humanité est confrontée. Cet ensemble de cadres évolutifs directionnels s'applique non seulement à rolr, mais également à d'autres protéines ATF et liant les Ligands, ouvrant la porte au développement de biocapteurs plus « personnalisés». Peut - être que dans un proche avenir, ces minuscules capteurs de protéines entreront dans nos vies en tant que « gardiens invisibles» de l'environnement, de la santé et de la production industrielle.