Biotinylated Proteins: Better insight through better binding

La liaison entre la biotine et la streptavidine compte parmi les interactions non covalentes les plus fortes connues. Elle est fréquemment exploitée en biologie moléculaire pour coupler deux molécules différentes qui, normalement, ne se lieraient pas l’une à l’autre.

Qu’est-ce que la biotine ?

La biotine est une petite molécule (~244 Da) produite par les organismes vivants. Également connue sous le nom de vitamine B₇, elle agit comme coenzyme et est nécessaire à la synthèse de différents composés présentant une importance physiologique.

Que sont l’avidine et la streptavidine ?

L’avidine et la streptavidine sont deux protéines tétramériques présentant une affinité exceptionnellement élevée pour la biotine. L’avidine se trouve naturellement dans le blanc d’œuf ainsi que dans les oviductes de différents animaux ovipares, tandis que la streptavidine est produite par Streptomyces avidinii. Bien que ces deux protéines présentent peu de similitudes de séquence, elles forment des structures tridimensionnelles supérieures très similaires. Elles auraient toutes deux évolué comme mécanisme permettant d’inhiber la croissance bactérienne, de nombreuses espèces bactériennes dépendant de la biotine pour des processus métaboliques essentiels.

Pourquoi utiliser la biotine/streptavidine ?

En biologie moléculaire et en biotechnologie, la biotine est largement utilisée comme conjugué pour les anticorps ou les autres protéines. Sa taille relativement faible permet de la conjuguer à de nombreuses structures protéiques complexes et repliées sans risque majeur d’encombrement stérique susceptible d’altérer la production, le repliement ou la fonction physiologique de la protéine porteuse.

L’interaction entre la biotine et la streptavidine fait partie des liaisons chimiques non covalentes les plus fortes connues^[1]. Le système biotine-streptavidine est ainsi souvent utilisé comme un véritable « Velcro moléculaire » pour relier physiquement deux structures qui n’interagiraient normalement pas.

Par exemple, les anticorps conjugués à la biotine sont fréquemment utilisés avec différents colorants ou enzymes conjugués à la streptavidine. Le fait de séparer l’anticorps de son conjugué de détection permet d’obtenir un système particulièrement puissant et polyvalent. Un même anticorps peut ainsi être utilisé avec un fluorophore conjugué à la streptavidine pour le tri cellulaire et la microscopie IF, avec une peroxydase conjuguée à la streptavidine pour l’histochimie ou l’ELISA, voire avec des particules d’or conjuguées à la streptavidine pour l’immunomicroscopie électronique.

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Protéines recombinantes biotinylées

Le système biotine-streptavidine constitue un élément central des analyses protéomiques modernes. De nombreux kits ELISA utilisent notamment des anticorps biotinylés et des enzymes peroxydases conjuguées à la streptavidine.

Les protéines recombinantes biotinylées représentent toutefois un domaine important encore relativement peu exploré.

La conjugaison d’une protéine recombinante active à la biotine ouvre de nombreuses possibilités pour étudier les interactions protéine-protéine ou analyser des fonctions physiologiques.

FDA : la biotine peut interférer avec les analyses de laboratoire

La Food & Drug Administration (FDA) américaine est une agence fédérale du United States Department of Health and Human Services. Selon la communication de sécurité publiée par la FDA, la biotine peut interférer de manière importante avec certains tests de laboratoire et entraîner des résultats erronés susceptibles de passer inaperçus.

De nombreux tests de laboratoire utilisant une technologie basée sur la biotine, notamment les tests diagnostiques cardiovasculaires et les dosages hormonaux, peuvent être concernés. La présence de biotine dans l’échantillon d’un patient peut alors conduire à des résultats incorrects.

Pour les tests utilisant une technologie basée sur la biotine, il convient d’évaluer les interférences provoquées par la biotine jusqu’à une concentration d’au moins 1 200 ng/mL et de déterminer la plus faible concentration susceptible d’entraîner une interférence cliniquement significative.

La présence de biotine dans le sang ou d’autres échantillons provenant de patients consommant de fortes doses de biotine sous forme de compléments alimentaires peut provoquer des résultats de laboratoire incorrects et cliniquement significatifs. Le nombre d’événements indésirables signalés en lien avec ces interférences a augmenté, avec notamment un décès rapporté.

Les données actuellement disponibles sont insuffisantes pour établir des recommandations permettant d’utiliser en toute sécurité les tests concernés chez les patients prenant de fortes doses de biotine, notamment en ce qui concerne le temps nécessaire à l’élimination de la biotine du sang.