Découverte de nouveaux polycétides contenant du benzène et d’une diketopipérazine modifiée à partir d’un actinomycète du genre Cryptosporangium

Contexte académique

Les produits naturels microbiens ont une valeur importante dans le développement de médicaments, en particulier les actinomycètes (Actinomycetes) qui fournissent une source riche de composés thérapeutiques, tels que les antibiotiques aminoglycosides, macrolides et tétracyclines. Cependant, ces dernières années, l’isolement répété de composés connus est devenu un obstacle majeur à la découverte de médicaments basés sur les produits naturels. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont essayé diverses nouvelles méthodes, telles que la co-culture, l’ajout de molécules de signalisation du métabolisme secondaire ou l’application de températures élevées pendant la culture. Les auteurs de cet article ont choisi de se concentrer sur des genres d’actinomycètes moins étudiés afin de découvrir de nouveaux squelettes de composés.

L’objet de cette étude est l’actinomycète du genre Cryptosporangium, décrit pour la première fois en 1998, avec actuellement huit espèces connues. Bien que des analyses bioinformatiques aient identifié des clusters de gènes de biosynthèse (BGC) pour les polycétides et les peptides non ribosomiques dans ce genre, seuls deux nouveaux composés polycétides de type tétronate avaient été rapportés auparavant. Cet article rapporte l’isolement de deux nouveaux polycétides contenant du benzène (cryptoic acids A et B) et d’une nouvelle diketopipérazine acylée (cyclocryptamide) à partir de la souche Cryptosporangium sp. YDKA-T02, ainsi que l’étude de leurs structures, activités biologiques et potentiel de biosynthèse.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Md. Julkar Nime, Hideki Yamamura, Masayuki Hayakawa, Nobuyasu Matsuura, Naoya Oku et Yasuhiro Igarashi. Les auteurs sont affiliés au Centre de recherche en biotechnologie de l’Université préfectorale de Toyama, à la Faculté des sciences de la vie et de l’environnement de l’Université de Yamanashi, à l’Université préfectorale de Yamanashi et au Département des sciences biologiques de l’Université des sciences d’Okayama. L’article a été soumis le 2 octobre 2024, révisé le 20 novembre 2024, accepté le 21 novembre 2024, et finalement publié dans la revue The Journal of Antibiotics, avec le DOI 10.1038/s41429-024-00794-4.

Processus et résultats de la recherche

1. Isolement et identification de la souche

L’étude a commencé par l’isolement d’un actinomycète YDKA-T02 à partir d’un sol agricole du campus de l’Université de Yamanashi, au Japon. L’analyse de la séquence du gène de l’ARNr 16S a montré que cette souche présentait une similarité de 98,11 % à 99,58 % avec les espèces connues du genre Cryptosporangium, la plus proche étant Cryptosporangium eucalypti EURKPP3H10T. L’observation au microscope électronique à balayage a révélé que la souche présentait les caractéristiques morphologiques typiques du genre Cryptosporangium, telles que la formation de sporanges contenant des spores mobiles.

2. Fermentation et isolement des composés

Les chercheurs ont utilisé trois milieux de culture différents pour des expériences de fermentation préliminaires et ont constaté que le milieu A11 donnait le meilleur rendement. L’analyse par chromatographie liquide haute performance (HPLC) et spectroscopie UV a révélé trois pics significatifs dont les spectres UV ne correspondaient à aucune base de données de métabolites secondaires microbiens connus. Par la suite, une fermentation à grande échelle a été réalisée, avec une culture de préparation de 7 jours dans un milieu liquide V-22, suivie d’une fermentation de 14 jours dans un milieu de production liquide A11. Le bouillon de culture a été extrait avec du 1-butanol, et l’extrait a été fractionné par chromatographie sur colonne de silice et ODS, puis purifié par HPLC pour obtenir trois composés : cryptoic acid A (1), cryptoic acid B (2) et cyclocryptamide (3).

3. Détermination de la structure

Les formules moléculaires des trois composés ont été déterminées par spectrométrie de masse à temps de vol par électrospray à haute résolution (HR-ESI-QTOF-MS) et par analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN). La formule moléculaire de cryptoic acid A (1) est C22H26O3, celle de cryptoic acid B (2) est C22H24O4, et celle de cyclocryptamide (3) est C18H22N2O4. Les structures chimiques ont été confirmées par des analyses RMN 1D et 2D. La configuration absolue de cyclocryptamide (3) a été déterminée comme étant celle de la L-leucine et de la L-proline par la méthode de Marfey.

4. Tests d’activité biologique

Les chercheurs ont testé la cytotoxicité et l’activité antimicrobienne de ces trois composés. Les résultats ont montré que cryptoic acid A (1) et B (2) présentaient une cytotoxicité modérée contre les cellules de leucémie murine P388, avec des valeurs IC50 de 27 μM et 29 μM respectivement, tandis que cyclocryptamide (3) n’était pas cytotoxique à une concentration de 100 μM. De plus, 1 et 2 n’ont montré aucune activité antimicrobienne à une concentration de 200 μg/mL contre divers microorganismes (bactéries Gram-positives, bactéries Gram-négatives, levures et champignons). Cependant, 1 et 2 ont montré une activité agoniste du récepteur gamma activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPARγ) à des concentrations comprises entre 6,25 et 100 μM.

Conclusion et signification

Cette étude a isolé deux nouveaux polycétides contenant du benzène et une nouvelle diketopipérazine acylée à partir de la souche Cryptosporangium sp. YDKA-T02, et a mené une étude détaillée de leurs structures et activités biologiques. L’activité agoniste PPARγ de cryptoic acids A et B fournit des candidats potentiels pour le développement de nouveaux médicaments contre les maladies métaboliques. De plus, la nouveauté structurelle de cyclocryptamide offre de nouvelles perspectives pour la recherche sur la biosynthèse des diketopipérazines.

Points forts de la recherche

1. Nouveauté : Cette étude est la première à isoler des polycétides contenant du benzène et une diketopipérazine acylée à partir d’un actinomycète du genre Cryptosporangium, enrichissant ainsi la diversité chimique des produits naturels.
2. Activité biologique : L’activité agoniste PPARγ de cryptoic acids A et B ouvre de nouvelles voies de recherche pour le développement de médicaments contre les maladies métaboliques.
3. Innovation méthodologique : L’étude a utilisé diverses techniques avancées d’isolement et de détermination de structure, telles que la HR-ESI-QTOF-MS et la RMN 2D, fournissant un support technique fiable pour la recherche sur les produits naturels.

Autres informations utiles

Cette étude soutient davantage le potentiel des genres d’actinomycètes peu étudiés comme source de nouveaux métabolites secondaires, offrant de nouvelles perspectives pour la découverte de médicaments à base de produits naturels. De plus, l’exploration des voies de biosynthèse des composés fournit une base théorique importante pour les recherches futures.