Biotechnology in Belgium

Laboratory of Molecular Genetics

 

Address

Prof. Jean Delcour
Laboratory of Molecular Genetics
Unit of Genetics
Catholic University of Louvain
Bâtiment Claude Bernard
Place Croix du Sud 5
B-1348 Louvain-la-Neuve (Belgium)
Tel.: +32-10-47 34 84 & +32-10-47 35 06
Email: delcour@gene.ucl.ac.be & demuylder@gene.ucl.ac.be

Biotechnological sectors: health care & environment

Keywords: lactic bacteria, plasmids, gene cloning, mutagenesis, enzymes, transgenic bacterias.

 

Major research topics in biotechnology (in French)

Le laboratoire de génétique moléculaire est spécialisé dans la génétique moléculaire des bactéries lactiques. Les bactéries lactiques font naturellement partie de notre environnement et de notre alimentation: outre leur intérêt biotechnologique, elles jouent un rôle important dans notre santé car elles constituent une fraction majeure de notre flore intestinale et tapissent les muqueuses nasale, buccale et vaginale, contribuant ainsi à nous protéger contre l'invasion de germes pathogènes.
Depuis une douzaine d'années, sous l'impulsion de la Commission Européenne, un réseau d'une trentaine de laboratoires européens s'est organisé dans le double but d'approfondir la connaissance fondamentale de ces microorganismes et d'appliquer les résultats de ces recherches à des fins biotechnologiques.

Recherches en cours ou en projet

1. Développement de souches transgéniques utilisables comme vaccin vivant
Le caractère inoffensif des bactéries lactiques commensales suscite un intérêt croissant pour le développement de vaccins vivants administrables par voie orale. L'idée est d'introduire par transformation un gène encodant un antigène d'intérêt (par exemple un fragment de la toxine du tétanos). L'ingestion de ces bactéries lactiques transgéniques doit en principe conduire à l'expression de la protéine étrangère et susciter localement une réponse immunitaire mucosale protectrice. La mise en oeuvre de ce concept requiert que soient résolus de nombreux problèmes tant génétiques (expression hétérologue) que physiologiques (transit et colonisation du tractus gastro-intestinal), et immunologiques (production d'IgA, mémoire, tolérance, ...). De plus, la dispersion dans la nature des bactéries transgéniques doit être strictement contrôlée. Le laboratoire participe à un consortium européen d'une quinzaine d'équipes et a la charge des tâches suivantes de génétique moléculaire:

1.1. Expression hétérologue
Il s'agit d'optimiser l'expression de la protéine étrangère sous le contrôle de signaux de transcription, traduction, sécrétion et ancrage dans la paroi. La démarche expérimentale est celle des fusions transcriptionnelle et traductionnelle et fait fréquemment appel à des gènes rapporteurs.

1.2. Confinement
Il s'agit de mettre en oeuvre des systèmes hôte/vecteur conçus de manière à ce que la survie de la bactérie lactique transgénique dans la nature soit impossible. La démarche expérimentale consiste à placer un gène essentiel pour la croissance sous la dépendance d'un promoteur sensible à l'oxygène et/ou ne fonctionnant qu'à la température du corps.

2. Analyse génétique du métabolisme fermentaire
Le métabolisme primaire des bactéries lactiques emprunte majoritairement la voie de la glycolyse jusqu'au pyruvate, qui est ensuite réduit en lactate par une activité de lactate déshydrogénase. Selon les espèces, le stéréoisomère produit est soit le L-lactate, soit le D-lactate, soit les deuxsimultanément, et ceci à l'intervention de L- et D-LDH distinctes. Notre laboratoire a été parmi les premiers à cloner et caractériser des D-LDH, inconnues jusqu'il y a 5 ans à peine sur le plan génétique. Ces travaux ont ouvert la voie à la construction de mutants déficients en l'une et/ou l'autre de ces deux enzymes, et les répercussions de ces disruptions sur le métabolisme fermentaire ont été étudiées en détails.

3. Analyse génétique de la réponse au froid
L'exposition au froid (8-10 deg.C) de nombreuses bactéries entraîne de profondes perturbations tant physiologiques (rigidification des lipides) que génétiques (ralentissement sévère de la synthèse protéique). Les bactéries réagissent à cette situation de stress en induisant spécifiquement l'expression d'une batterie de gènes responsables de la production de "protéines de choc au froid" (cold-shock proteins, csp). Le laboratoire a récemment cloné chez Lactobacillus plantarum un gène csp dont la caractérisation est en cours dans le cadre d'un projet de thèse. L'objectif de ces recherches vise à poursuivre l'étude de la réponse au froid chez cette espèce, et à élargir la recherche à une autre bactérie lactique, L. helveticus. Ces travaux de nature fondamentale devraient conduire à terme à la construction de souches transgéniques exprimant à froid un gène encodant une protéine d'intérêt et ouvrir la voie à d'intéressantes applications dans l'affinage des fromages en cave froide.

4. Analyse génétique des relations structure-fonction des D-2-hydroxyacide déshydrogénases NAD-dépendantes
Ces enzymes constituent une famille nouvelle de protéines à laquelle appartient la D-LDH. Un travail de thèse récemment mené au laboratoire a permis d'identifier par mutagenèse dirigée un certain nombre de résidus responsables de la catalyse et de la fixation du substrat et du coenzyme. Ces travaux sont menés en collaboration avec l'équipe du Prof. Holbrook (Université de Bristol) qui étudie par ailleurs la structure tri-dimensionnelle de l'enzyme par cristallographie RX. Notre projet vise à poursuivre cette recherche par la création et l'analyse des propriétés enzymologiques (KM, kcat) de nouvelles enzymes mutantes.

 

Selected publications

Garmyn D., Ferain F., Bernard N., Hols P., Delplace B. & Delcour J. 1995. Pediococcus acidilactici ldhL gene: cloning, nucleotide sequence, and transcriptional analysis. J. Bacteriol., 177: 3427-3437.

Bernard N., Johnsen K., Holbrook J. & Delcour J. 1995. D175 discriminates between NADH and NADPH in the coenzyme binding site of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus D-lactate dehydrogenase. Biochem. Biophys. Res. Commun., 208: 895-900

Garmyn D., Bernard N., Ferain T., Hols P. & Delcour J. 1995. The ldhL gene from Pediococcus acidilactici: cloning and transcriptional analysis. Appl. Environ. Microbiol., 61: 266-272.

Fitzimons A., Hols P., Jore J., Leer R.J., O'Connell M. & Delcour J. 1994. Development of an amylolytic Lactobacillus plantarum silage strain expressing the Lactobacillus amylovorus a-amylase gene. Appl. Environ. Microbiol., 60: 3529-3539.

Bernard N., Johnsen K., Ferain T., Garmyn D., Hols P., Holbrook J.J. & Delcour J. 1994. D-2-hydroxyisocaproate dehydrogenase of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus: gene cloning and enzyme characterization. Eur. J. Biochem., 224, 439-446.

Hols P., Ferain T., Garmyn D., Bernard N. & Delcour J. 1994. Use of homologous expression-secretion signals and vector-free stable chromosomal integration in engineering of Lactobacillus plantarum for a-amylase and levanase expression. Appl. Environ. Microbiol., 60: 1401-1413.

Ferain T., Garmyn D., Hols P., Bernard N. & J. Delcour J. 1994. Lactobacillus plantarum ldhL gene: overexpression and deletion. J. Bacteriol., 176: 596-601.

Delcour J., Bernard N., Garmyn D., Ferain T. & Hols P. 1993. Génétique moléculaire des lactate-déshydrogénases des bactéries lactiques. Le Lait, 73: 127-131.

Hols P., de Halleux S. & Delcour J. 1992. A strategy to construct vector-free amylolytic strains through non-disruptive homologous recombination: application to Enterococcus faecalis. Gene, 118: 31-38.

Hols P., Baulard A., Garmyn D., Delplace B., Hogan S. & Delcour J. 1992. Isolation and characterization of genetic expression and secretion signals from Enterococcus faecalis through the use of broad host-range [[alpha]]-amylase probe vectors. Gene, 118: 21-30.

Bernard N., Ferain T., Garmyn D., Hols P. & Delcour J. 1991. Cloning of the lactate deshydrogenase gene from Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus by complementation in Escherichia coli. FEBS Letters, 290: 61-64.

 

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