Description du projet
Des systèmes enzymatiques monotopes efficaces
La production biotechnologique s’appuie sur des cascades enzymatiques pour des biotransformations complexes, mais il n’existe actuellement aucun système efficace monotope dépourvu de cellules et avec des composants régulés. Le projet HOTZYMES, financé par l’UE, propose un nouveau concept pour le contrôle spatio‑temporel de la cinétique des cascades multienzymatiques par le biais de champs magnétiques alternatifs à distance. L’activité enzymatique sera régulée par la conjugaison d’enzymes et de nanoparticules magnétiques et l’ajustement des gradients de température à l’échelle nanométrique pour atteindre précisément et localement la température optimale de chaque enzyme immobilisée. Afin de faciliter la séparation, la réutilisation et l’intégration dans les bioréacteurs, ces conjugués seront intégrés dans des microparticules poreuses. De nouveaux bioréacteurs magnétiques spécifiques à la biocatalyse seront également conçus et fabriqués pour répondre à cette avancée technologique.
Objectif
Enzymatic cascades open a path to the efficient implementation of complex biotransformations for producing from high-cost pharmaceuticals to low-cost biocommodities. However, for multi-step synthetic schemes catalyzed by incompatible or unpaired enzymatic cascades, efficient cell-free one-pot systems, where enzymes are perfectly orchestrated and regulated, have yet to be developed. In HOTZYMES, we propose to develop a new ground-breaking concept to exert functional control over different enzymes using magnetic heating. We expect to control enzyme activity by conjugating enzymes and magnetic nanoparticles and tuning temperature gradients at the nanoscale to precisely and locally reach the optimal temperature of each immobilized enzyme. This will allow an unprecedented spatio-temporal control over the kinetics of multi-enzymatic cascades by remotely applying alternating magnetic fields. To ensure an easy separation, re-utilization and integration into bioreactors, these conjugates will be integrated within porous microparticles. To meet this technological break-through we will need to design and fabricate a new generation of magnetic bioreactors specific to the field of Biocatalysis. We will need to answer fundamental questions about the physical mechanisms that govern heat transfer/diffusion between magnetic materials and biomolecules at different spatial scales by bringing together different scientific and technological disciplines and expertise. HOTZYMES will thus contribute to change current industrial biotransformations from an unsatisfactory current paradigm (uncoordinated enzyme function, sequential reactions, disposable bioprocesses) into a game-changing breakthrough (coordinated enzyme function, concurrent reactions, recyclable bioprocesses).
Champ scientifique
- engineering and technologyenvironmental biotechnologybioremediationbioreactors
- medical and health sciencesbasic medicinepharmacology and pharmacypharmaceutical drugs
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- natural scienceschemical sciencescatalysisbiocatalysis
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteinsenzymes
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
RIA - Research and Innovation actionCoordinateur
28006 Madrid
Espagne