Zhilaï HONG : Peptide natural products from Pseudomonas: discovery, biosynthesis and ecological roles

La soutenance se déroulera le jeudi 13 décembre à 14h, dans la Salle de Collection, au 63 rue Buffon 75005 Paris (MNHN)

Abstract

Natural products of peptidic origin from bacteria show a high diversity in chemical structures and biological activities, constituting an important resource for human medicines and agrochemicals. Our work is focalised on the discovery, biosynthesis and understanding of ecological functions of two peptide natural products from Pseudomonas. Firstly, we identified and characterized rare bicyclic alkaloids, termed azetidomonamides, in the human pathogen Pseudomonas aeruginosa. They are derived from a conserved, quorum-sensing regulated non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) pathway. Biosynthesis of azetidomonamides was characterized in vivo and in vitro, which involves an unprecedented S-adenosylmethionine-dependent enzyme. Azetidomonamides were shown to impact P. aeruginosa growth in vitro and attenuate the virulence in Galleria mellonella, implying a role in the host adaptation. Secondly, we attempted to identify methanobactin (Mbn)-like peptide metallophores in an environmental non-methanotrophic bacterium, Pseudomonas extremaustralis, by genomics-guided approaches (genome mining). Using a transposon library, some regulatory elements involved in the production of Mbn were identified. This lays the foundation for further chemical studies. Biochemical characterization in vitro of key biosynthetic steps was performed and will be discussed. Overall, this work provides first insight of the biogenesis of Mbn in non-methanotropic bacteria.

Keywords: natural products, non-ribosomal peptide synthetase, metallophores, biosynthesis, Pseudomonas.

Résumé

Les produits naturels peptidiques d’origine bactérienne possèdent une forte diversité structurale et fonctionnelle, constituant ainsi une source importante de médicaments humains et de produits phytosanitaires. Nos travaux se focalisent sur la découverte, la compréhension de la biosynthèse et des fonctions écologiques de deux métabolites peptidiques, respectivement, chez Pseudomonas. Tout d’abord, nous avons isolé et caractérisé deux molécules majeures, les azétidomonamides, issues d’une voie de biosynthèse des peptides non-ribosomiques qui est régulé par le quorum sensing chez le pathogène humain Pseudomonas aeruginosa. Leur mécanisme de biosynthèse a été élucidé par des approches in vivo et in vitro, qui révèlent l’implication d’une nouvelle enzyme dépendante de la S-adénosylméthionine. Nous avons ensuite montré que les azétidomonamides impactent la croissance de P. aeruginosa in vitro et atténuent sa virulence chez le modèle d’insecte Galleria mellonella. Ces phénotypes indiqueraient une fonction pour les azétidomonamides dans l’adaptation du pathogène à l’hôte. Deuxièmement, par les approches guidées par l’analyse des génomes (genome mining), nous avons tenté d’identifier les métabolites apparentés aux méthanobactines (Mbns), des métallophores peptidiques, chez une bactérie environnementale Pseudomonas extremaustralis. Grace à une banque de transposon, les éléments régulateurs de la production de ces peptides ont été identifiés. La caractérisation in vitro des étapes clés dans la biosynthèse des Mbns a été effectuée et sera discutée. L’ensemble de ces travaux apportent la première connaissance sur la biogenèse des Mbns chez les bactéries non-méthanotrophes.

Mots clés : produits naturels, la synthétase des peptides non-ribosomiques, métallophores, biosynthèse, Pseudomonas