Évolution et adaptation des protéines : vers des activités non naturelles

Le cyrochrome P450 BM3 est un cytochrome bactérien qui a fait l’objet de l’étude la plus poussée à ce jour du point de vue de l’application des techniques d’évolution dirigée. Ces études, essentiellement menées par F. Arnold (Caltech, USA) et montrées dans ce cours, illustrent la possibilité qui nous est offerte de transformer par mutagénèse à haut débit une enzyme douée pour l’oxydation d’un substrat naturel (acide gras à longue chaîne dans ce cas précis) en une enzyme douée pour l’oxydation d’un substrat très différent et non naturel (propane, alcane à chaîne courte). Ce travail permet de nous éclairer à la fois sur les chemins que les processus d’évolution et d’adaptation des protéines doivent prendre, que, peut-être, sur les chemins pris par l’évolution naturelle des organismes vivants. On observe que plus une protéine est mutée et instable, moins elle est capable d’évoluer. Ce sont donc les variants les plus stables, c’est-à-dire possédant les mutations les moins déstabilisantes, qui auront les plus grandes chances d’évoluer pour améliorer une activité. Les autres disparaîtront. Un mécanisme par lequel la sélection naturelle favorise la capacité à évoluer est de stabiliser les protéines qui font l’objet d’une évolution adaptative ou de trouver des compensations aux effets des mutations déstabilisantes. Par ailleurs, la capacité qu’a une protéine d’évoluer est liée à sa capacité d’avoir des activités accessoires et une grande liberté de substrats.