Deciphering new nonribosomal peptide synthetases and their products from genomic data

par Qassim Abdullah Ahmed Esmaeel

Thèse de doctorat en Ingénierie des fonctions biologiques

Sous la direction de Valérie Leclère et de Philippe Jacques.

  • Titre traduit

    Identification de nouvelles synthétases non ribosomiques et de leurs produits à partir de données de génomique


  • Résumé

    Les micro-organismes sont considérés comme l'une des sources les plus importantes de métabolites secondaires, y compris les peptides ribosomiques et non ribosomiques. La recherche de nouveaux peptides non ribosomiques a été motivée par leurs larges applications dans diverses industries telles que les secteurs pharmaceutiques et phytosanitaires. Ils sont produits par complexes enzymatiques appelés NRPSs. Plus de 70% des peptides non ribosomiques ont une structure complexe qui comprend un ou plusieurs cycles et des ramifications. Par conséquent, le développement d'outils spécifiques dédiés à la prédiction de ces peptides est nécessaire car ils ne peuvent pas être prédits et analysés comme les peptides classiques. Dans le but d'analyser les voies de biosynthèse et d'identifier de nouveaux peptides actifs, j'ai étudié principalement deux modèles bactériens: Burkholderia et Aeromonas. Le genome-mining est un’ approche très performante pour la découverte de nouveaux NRPs. En effet, pour 48 souches de Burkholderia analysées in silico à l’aide du workflow Florine, 228 clusters de gènes contenant des gènes de NRPS et hybrides NRPS-PKS ont été trouvés. Cette étude a permis de mettre en évidence de nouveaux peptides produits par des Burkholderia, incluant la phymabactin, un nouveau siderophore, et un lipopeptide cyclique que nous avons appelé burkhomycin. La présente étude a d’autre part permis d’éclaircir le mécanisme de fonctionnement des synthétases non ribosomiques, illustrés par la détection des domaines C/E dans des synthétases de lipopeptides cycliques et une utilisation originale des domaines et modules dans les NRPS impliquées dans la biosynthèse des amonabactines chez A.hydrophila.


  • Résumé

    Microorganisms are considered one of the most important sources of secondary metabolites including ribosomal and non ribosomal peptides. The search of new non ribosomal peptides has been motivated by their wide applications exploited by industries in different area including pharmaceutical and phytosanitary sectors. They are produced through complex synthetases called non ribosomal peptides synthetases. More than 70% of NRPs have a complex structure that includes one or more cycles and branches. Therefore, development of specific tools dedicated to the screening of these peptides is necessary as they cannot be predicted and analyzed as classical peptides. With the aim to further analyse biosynthesis pathways and to identify new active peptides, I mainly studied two bacterial models: Burkholderia and Aeromonas. The genome-mining is a very powerful approach for the discovery of new non NRPs. Indeed, among 48 strains of Burkholderia, 228 gene clusters containing NRPSs and hybrid NRPS-PKS were found via in silico analysis following Florine workflow. The current study lead to the discovery of new peptides in Burkholderia including a new siderophore named phymabactin and a cyclic lipopeptide we have called burkhomycin. It also gave new insights on the mechanism of nonribosomal synthetases, exemplified by the detection of dual C/E domains in NRPSs involved in the production of cyclic lipopeptides by Burkholderia and the identification of a unique use of domains and modules in the pathway responsible for synthesis of amonabactins in A. hydrophila.


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