Ahmad Abdel-Mawgoud Saleh, Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique
Profil
La biologie synthétique chimique est un sous-domaine de la biologie synthétique qui vise à transformer les systèmes biologiques en plateformes pour la biosynthèse d’une variété de produits chimiques d’intérêt. L’application la plus importante de la biologie synthétique chimique est la découverte et la production de médicaments. Il y a un besoin continu de médicaments pour la santé humaine. Typiquement, ils proviennent des métabolites secondaires des bactéries, champignons et, majoritairement, des plantes et sont habituellement présents en petites quantités. Par conséquent, ils sont coûteux et difficilement accessibles. Un des objectifs importants de la biologie synthétique chimique est l’ingénierie des hôtes microbiens présentant un potentiel industriel pour produire ces métabolites secondaires d’une manière plus convenable.
Mon équipe est intéressée par la production de biomolécules à base de lipides en utilisant des approches de biologie synthétique chimique chez des hôtes microbiens particulièrement ceux étant lipogéniques, soit des bactéries (p. ex., Rhodococcus erythrolpolis) et des levures (p. ex. Yarrowia lipolytica). Les biomolécules à base de lipides qui nous intéressent sont de petites molécules ayant des applications dans le domaine biomédical, la bioremédiation et l’industrie de biocarburants. Puisque les biomolécules qui nous intéressent sont à base de lipides, nous utilisons des hôtes microbiens lipogéniques comme châssis biologiques pour nos procédures de biologie synthétique en raison de leur haut flux naturel de précurseurs lipidiques. Nous les exploitons pour biosynthétiser des dérivés ayant une valeur ajoutée et destinés à des applications mentionnées ci-dessus. Actuellement, nous mettons l’accent sur la production de biomolécules appartenant à la famille des glycolipides simples dont les membres ont des bioactivités intéressantes, comme des activités antimicrobiennes, anticancéreuses, antiparasitaires, ainsi que des activités immunomodulatrices (A.M. Abdel-Mawgoud and G. Stephanopoulos, 2018).
À court terme, nous travaillons sur le développement des approches de la biologie synthétique pour la production des rhamnolipides à titre de modèles des glycolipides ayant des bioactivités intéressantes et qui inspireront également le développement d’approches de biologie synthétique pour la production d’autres membres bioactifs de la famille des glycolipides.
Nos objectifs à long terme pour les glycolipides comprennent : 1) de découvrir de nouvelles espèces de glycolipides naturels à l’aide de « genome/metagenome mining » pour identifier de nouvelles glycosyl transférases qui devraient produire de nouvelles espèces de glycolipides ayant des variations dans leur structure lipidique ou glycosylique et ayant en conséquence de nouvelles bioactivités. 2) de biosynthétiser des glycolipides inédits par l’ingénierie de leurs enzymes biosynthétiques, particulièrement les transférases de glycosyl et d’acyl, ainsi que par l’assemblage de voies chimériques de biosynthèse produisant de nouveaux glycolipides ayant de nouvelles bioactivités.
En même temps, nous travaillons sur l’avancement des connaissances fondamentales afin 1) de mieux comprendre la biosynthèse des glycolipides, 2) de caractériser les enzymes métaboliques clés dans la voie de biosynthèse des glycolipides, particulièrement les transférases de glycosyl et d’acyle, 3) de mieux comprendre les mécanismes biochimiques régulant l’accumulation de lipides (lipogenèse) chez les organismes lipogéniques. Cette meilleure compréhension ouvrira la voie à la conception de stratégies fructueuses de génie métabolique pour la production efficace de glycolipides chez les hôtes microbiens.
En outre, nous travaillons sur l’extension des outils de biologie moléculaire disponibles pour les différents hôtes biologiques (châssis) que nous utilisons. Nous travaillons sur le développement de protocoles basés sur CRISPR/Cas9 pour l’édition de génomes chez les levures lipogénique. De plus, nous optimisons les machineries d’expression des gènes pour l’expression à un niveau élevé des enzymes métaboliques participant à la biosynthèse des biomolécules d’intérêt.
En plus de notre intérêt dans des biomolécules à base de lipides qui améliorent la santé humaine, nous envisageons le développement de molécules écologiques à base de lipides pour les industries de la bioremédiation et des biocarburants. Les levures lipogéniques ont une abondance en acides gras qui, une fois liés à des groupes polaires, comme des sucres ou des petits peptides, génèrent des molécules amphiphiles, comme les rhamnolipides et surfactins, ayant des propriétés détergentes qui sont utiles pour la solubilisation des contaminants huileux des sols et des milieux marins. D’autre part, nous nous intéressons aussi à la conversion de cette abondance d’acide gras chez les levures lipogeniques en ester alkylique d’acides gras qui agissent comme biocarburant et offrent une solution écologique et durable pour les combustibles fossiles non renouvelables. Afin de soutenir un processus de bioproduction économiquement viable, une partie de nos travaux est d’élaborer des stratégies de biologie synthétique permettant aux hôtes microbiens de se nourrir de sources de carbone à bas prix, particulièrement les déchets lignocellulosiques.
Pour plus d’informations sur nos activités de recherche, veuillez consulter le site Web du laboratoire : abdel-mawgoud.com