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La métagénomique pour découvrir des enzymes biocatalytiques

La biocatalyse emploie des enzymes (des catalyseurs naturels) pour effectuer des transformations chimiques sur des composés organiques. Un projet européen voulait obtenir et caractériser de nouveaux biocatalyseurs à partir de bactéries thermophiles.
La métagénomique pour découvrir des enzymes biocatalytiques
Ces dernières années, les industries chimiques et pharmaceutiques ont fait davantage appel à des enzymes biocatalytiques comme les transaminases. Ces enzymes catalysent le transfert d'un groupe amino d'une amine vers une autre. Elles représentent une autre méthode de synthèse d'amines chirales, qui servent de base à la fabrication de divers composés pharmaceutiques.

La plupart des processus industriels exigent d'être conduits à haute température. L'usage d'enzymes thermostables améliorerait ces processus en évitant les étapes de chauffage et de refroidissement, qui consomment beaucoup d'énergie. Le projet HOTRAM (Thermostable transaminases for the synthesis of pharmaceutical building blocks), soutenu par l'UE, voulait appliquer la métagénomique pour découvrir une nouvelle génération de transaminases thermostables, à partir de bactéries vivant dans des milieux très chauds.

La métagénomique travaille au niveau d'une communauté ou d'un environnement, pour étudier le matériel génétique récupéré directement du prélèvement. C'est un outil puissant pour découvrir des enzymes, car elle recouvre tous les microbes d'un habitat, dont la majorité n'est pas caractérisée.

Les chercheurs ont commencé par préparer des cultures de bactéries à partir de 9 prélèvements effectués en Islande dans des environnements aux températures allant de 50 à 90 degrés Celsius. Ils ont extrait de ces échantillons l'ADN métagénomique et ont généré la bibliothèque d'expression correspondante. Ils ont ensuite passé en revue les bibliothèques, à l'aide des tests mis au point, mais n'ont trouvé aucun clone positif.

Parallèlement, les chercheurs ont conduit un test in silico, découvrant trois nouvelles transaminases qu'ils ont ensuite purifiées. Ils ont évalué l'activité de ces enzymes à diverses températures, en utilisant des tests par spectrophotométrie.

Les chercheurs ont finalement découvert de nouvelles transaminases thermostables, convenant à une grande variété de substrats, et ont testé leurs capacités de synthèse d'amines chirales à l'échelle industrielle. Les résultats du projet auront un impact important sur l'environnement, car la production d'amines chirales implique actuellement des substances polluantes comme des catalyseurs à base de métaux. L'introduction de méthodes de biocatalyse pourrait réduire l'impact sur l'environnement des processus de synthèse industrielle.

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Mots-clés

Métagénomique, biocatalyse, transaminase, enzymes thermostables, HOTRAM
Numéro d'enregistrement: 190779 / Dernière mise à jour le: 2016-12-22