BridgIT, un nouvel outil pour les réactions enzymatiques orphelines

Une ingénierie efficace des protéines peut nous permettre de contrôler les produits générés à l'intérieur d'une cellule. Cependant, pour bon nombre des réactions biochimiques responsables de ces produits, nous ne connaissons pas le gène spécifique producteur de protéines ou d'enzymes responsable. Ces réactions sont appelées "orphelines" et sont devenues un gros problème pour les ingénieurs en protéines.

De plus, les logiciels qui prédisent des réactions biochimiques nouvelles et hypothétiques - un outil commun aux biochimistes modernes et aux biologistes synthétiques - ne peuvent pas leur attribuer de gènes potentiels, ce qui signifie qu'il n'existe aucune séquence d'ADN enregistrée que les scientifiques peuvent modifier pour modifier la production des protéines ou des enzymes. Et pour compliquer encore les choses, il existe aussi de nombreuses enzymes métaboliques "orphelines" dont la réaction particulière est inconnue, ce qui laisse d'importantes lacunes dans nos cartes des réseaux et des voies métaboliques.

En résumé, trouver quel(s) gène(s) correspond(ent) à quelle(s) enzyme(s) ou protéine(s) catalyse(nt) une réaction hypothétique orpheline ou nouvelle est devenu une question critique pour des applications allant de la biotechnologie à la médecine.

Heureusement, les ingénieurs chimistes du laboratoire de Vassily Hatzimanikatis à l'EPFL ont trouvé une solution. Le groupe a mis au point une nouvelle méthode de calcul et un outil en ligne, appelés «BridgIT», pour identifier les gènes candidats et catalyser les protéines pour les réactions orphelines et nouvelles, hypothétiques. BridgIT n'a besoin de connaître que les quatre liaisons de liaison autour des atomes des sites réactifs, et il peut correctement annoter les protéines pour 93 % des réactions enzymatiques analysées. Ce pourcentage est passé à près de 100 % si l'on tient compte de sept obligations de raccordement.

L'outil de calcul BridgIT attribue des gènes et des protéines à des réactions hypothétiques orphelines et nouvelles en étudiant la vue réactive d'une réaction enzymatique ainsi que les atomes environnants (crédit : EPFL)

Pour tester l'exactitude de BridgIT, les chercheurs l'ont comparée à des bases de données de réactions qui étaient autrefois orphelines, mais qui ont maintenant été attribuées à des gènes et à des enzymes - essentiellement des réactions qui sont devenues «non orphelines». BridgIT a prédit l'enzyme exacte ou une enzyme hautement apparentée pour 211 des 234 réactions (> 90 %). Et pour les réactions hypothétiques qui étaient autrefois nouvelles et qui ont depuis été assignées à des enzymes, BridgIT a trouvé les enzymes exactes pour 334 des 379 réactions (>88 %).

Les auteurs écrivent : «BridgIT... permettra aux chercheurs de combler les lacunes dans les connaissances sur les réseaux métaboliques et servira de point de départ à la conception de nouvelles enzymes pour catalyser les transformations non naturelles.»