La résistance aux antibiotiques naturels est un phénomène qui existe depuis des millions d'années, à cause d'interactions compétitives au sein de communautés microbiennes. Le développement récent d'antibiotiques synthétiques et leur utilisation à grande échelle ont contribué à l'émergence de nouveaux mécanismes de résistance. Le triméthoprime est un antibiotique synthétique utilisé couramment pour le traitement d'infections urinaires et à titre préventif pour l'élevage de bétail et la pisciculture. La dihydrofolate réductase de type B (DfrB) confère efficacement de la résistance au triméthoprime : ce dernier cible la dihydrofolate réductase ubiquitaire bactérienne, FolA, mais n'interagit pas avec la DfrB à cause de différences structurelles trop importantes entre ces deux dihydrofolate réductases. La DfrB est une enzyme homotétramérique, dont l'efficacité est 100x moindre en comparaison à la FolA, une enzyme monomérique. Le laboratoire Pelletier s'intéresse à l'évolution de la capacité de multimérisation de la DfrB et de sa fonction (Lemay-St-Denis et al. (2025)). En parallèle, nous investiguons les chemins évolutifs qui ont permis le recrutement de gènes DfrB dans le résistome moderne : nous avons rapporté que des DfrB fonctionnelles sont retrouvées dans divers environnements qui ne sont pas liés aux activités humaines (Lemay-St-Denis et al. (2021), Cellier-Goetghebeur et al. (2022)). 

Bien que la DfrB confère de la résistance à l'antibiotique triméthoprime, il n'existe toujours pas d'antibiotique qui cible la DfrB. Nous avons aussi rapporté les premiers inhibiteurs spécifiques de cette cible médicamenteuse émergente, obtenus par conception à base de fragments (Bastien et al. (2012)). Nous avons observé qu'une variété de petits composés aromatiques offrent une inhibition millimolaire de la DfrB1, ce qui est cohérent avec la nature "primitive" proposée de son site de liaison relativement promiscuitaire (Schmitzer et al. (2004)). Par ces moyens, de petites molécules aromatiques de 150-250 g/mol (fragments) inhibant sélectivement la DfrB1 dans la gamme des faibles millimolaires ont été identifiées. Les molécules faiblement inhibitrices ont servi de base pour tester des composés de plus grande complexité, qui ont permis une augmentation de l'affinité du millimolaire au micromolaire. Des bis-benzimidazoles symétriques plus complexes et un bis-carboxyphényle ont permis une inhibition sélective de la cible dans la gamme des faibles micromolaires (Ki = 2-4 μM) (Yachnin et al. (2011)). Nous travaillons actuellement sur la prochaine génération d'inhibiteurs des DfrB, en testant à la fois des inhibiteurs covalents et des inhibiteurs compétitifs qui combinent nos travaux précédents et nos connaissances sur les ligands naturels de cette enzyme.

Les monooxygénases P450 sont des enzymes contenant un groupement hème, qui sont utilisées en biocatalyse. Ces dernières années, l'utilisation des enzymes P450 comme biocatalyseurs a suscité un intérêt croissant en raison de leur capacité à effectuer des réactions hautement sélectives dans des conditions douces, réduisant ainsi l'impact environnemental des processus chimiques. La P450 BM3 de Bacillus megaterium hydroxyle divers substrats en utilisant le NADPH et l'oxygène moléculaire. Des mutations près de l'hème ont élargi sa gamme de substrats au-delà des acides gras. Les méthodes colorimétriques, telles que les essais basés sur les colonies bactériennes, accélèrent le dépistage de nouveaux substrats. L'élargissement de la gamme de substrats de la P450 BM3 pour les réactions industrielles pertinentes améliorerait l'efficacité et la durabilité en réduisant la dépendance à l'égard des catalyseurs chimiques agressifs. Cette enzyme polyvalente pourrait être utilisée dans les secteurs de la pharmacie, de l'agrochimie et de la chimie fine, donnant accès à de nouveaux échafaudages chimiques et à des stéréoisomères pour des produits de grande valeur.

L'adaptation de l'enzyme P450 BM3 à un système de réacteur à flux pourrait permettre de relever certains défis tels que la dépendance coûteuse aux cofacteurs, la réutilisation de l'enzyme et l'efficacité du découplage. La chimie en flux consiste à effectuer des réactions chimiques dans un réacteur à flux, tel qu'un dispositif capillaire ou micro-structuré, le temps de séjour déterminant alors le temps de réaction. Les réactifs sont d'abord pompés à travers un dispositif de mélange, puis conduits dans un réacteur à flux à température contrôlée. La technologie de la chimie en flux permet de mieux contrôler les paramètres de réaction, tels que le mélange, les concentrations, la température ou le temps de réaction. Cela signifie que nous pouvons tirer parti de réactions plus productives, plus sélectives et plus propres. Il s'agit d'une approche qui offre un meilleur contrôle de la réaction et réduit les réactions secondaires. Elle est donc radicalement différente de la chimie traditionnelle qui consiste à effectuer des réactions dans des flacons en verre ou dans des réacteurs à agitation continue.