Publié le 14 septembre 2018
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Un groupe d’étudiant de l’université Paris Saclay, participe à la compétition iGEM 2018 (International Genetically Engineered Machine) avec leur projet qui consiste à développer un bioréacteur bactérien pour dépolluer les eaux usées des hôpitaux.

iGEM, crée en 2004 par la MIT, est une compétition internationale d’étudiants ayant pour but de promouvoir une nouvelle discipline, la Biologie de Synthèse. Cette année, l’équipe GO Paris Saclay encadrée par des chercheurs de l’I2BC est constituée de 12 étudiants dont des mathématiciens, biologistes et pharmaciens. Leur objectif est de dégrader des médicaments anti-cancéreux dans les eaux usées des hôpitaux en seulement 3 étapes (1) une entrée efficace de ces molécules dans la cellule bactérienne, via des canaux et des transporteurs spécifiques. (2) Une dégradation appropriée par des enzymes (e.g. carboxypeptidase G2, cytochrome P450…) et (3) le fonctionnement à long terme du bioréacteur à travers une population hétérogène de bactéries à comportement bimodal, « à cellules souches », réduisant le besoin d'un réensemencement régulier.

Contamination des eaux par les anti-cancéreux : un problème majeur

Le cancer est la première cause de décès dans le monde, par conséquent la consommation de médicaments cytotoxiques (anti-cancéreux) ne cesse d’augmenter. Ces produits pharmaceutiques peuvent interagir avec l’ADN bloquant la prolifération des cellules cancéreuses mais manque de sélectivité et peut également agir sur les cellules saines. Malheureusement, ces composés ont été détectés dans les eaux de surface. En réalité, les usines de traitement actuelles des eaux usées ne sont pas en mesure d'éliminer les composés cytotoxiques en raison de leur faibles concentrations et hydrophilie élevée. Il est donc important de développer de nouvelles techniques capables de les traiter.

Fig : résumé du projet de la team iGEM GO Paris Saclay 2018

La solution proposée par la team GO Paris Saclay

Comme preuve de concept, notre équipe a décidé de se focaliser sur les principaux anti-cancéreux les plus dangereux et abondants dans les eaux usées dont le Méthotrexate.

Le méthotrexate (MTX) est un analogue du folate qui inhibe l’activité de la dihydrofolate réductase (DHFR), qui catalyse la réduction dépendant du NADPH de la dihydrofolate en tétrahydrofolate. L’inhibition de l’activité de la DHFR entraîne une inhibition de la synthèse de l'ADN et finalement de la mort cellulaire.

Pour aboutir à une dégradation partielle du MTX et donc une biotransformation en un produit non toxique, les gènes indispensables ont été clonés dans les bactéries E. coli naturellement résistantes et exprimant le transporter du MTX.

La carboxypeptidase G2 (CPDG2), couplée avec le gène FolC permet une hydrolyse rapide du MTX en métabolite inactif DAMPA (4-[[2,4-diamino-6-(pteridinyl)methyl]-methylamino]-benzoic acid) et glutamate.

Nos résultats préliminaires montrent une transformation du MTX par les bactéries au bout de seulement 20 heures pour obtenir du DAMPA qui pourra à son tour être valorisé dans les industries pharmaceutiques.

Une des perspectives de ce projet est d’améliorer le système de dégradation comme une boite à outils flexible qui répond à un large spectre de molécules anti-cancéreux.

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