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De nouvelles enzymes pour les cosmétiques verts

L'industrie cosmétique a besoin de technologies plus durables, respectueuses de l'environnement et rentables. Pour atteindre cet objectif, le projet OPTIBIOCAT a identifié de nouvelles enzymes provenant de bactéries et de champignons capables de produire des ingrédients ayant une activité antioxydante.
De nouvelles enzymes pour les cosmétiques verts
La synthèse chimique actuellement utilisée dans la fabrication de cosmétiques souffre de limitations comme des effets secondaires indésirables et le besoin de conditions chimiques fortes. En conséquence, le consensus pour des bioconversions industrielles à base d'enzymes ayant un impact réduit sur l'environnement est unanime.

Les enzymes féruloyl (FAE) et glucuronoyl estérases (GE) sont traditionnellement connues pour leur capacité naturelle à décomposer la lignocellulose, base de la biomasse végétale. En outre, elles peuvent catalyser la synthèse d'une large gamme de molécules bioactives possédant des propriétés intéressantes, notamment antioxydantes, avec des applications dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique.

Les scientifiques du projet OPTIBIOCAT financé par l'UE souhaitaient identifier de nouvelles enzymes pour la production de molécules ayant une activité antioxydante pour l'industrie cosmétique. «Notre objectif était de rechercher de nouvelles enzymes dans les champignons et les bactéries avec des fonctions améliorées et respectueuses de l'environnement», explique la professeure Vincenza Faraco, coordinatrice du projet.

Concevoir de nouvelles enzymes

Un portefeuille impressionnant de nouvelles enzymes a été développé, y compris plus de 550 nouvelles GE et 500 FAE putatives identifiées à partir de génomes fongiques et bactériens par des analyses bio-informatiques. Les chercheurs ont séquencé et annoté le génome de cinq espèces de levures différentes identifiant de nouvelles FAE et GE ainsi que d'autres enzymes impliquées dans la dégradation de la biomasse.

OPTIBIOCAT est allé encore plus loin en concevant des mutants FAE et GE à partir de nouvelles enzymes découvertes dans le projet. L’objectif consistait à améliorer l'efficacité de la fermentation/production et de stabiliser à la fois les formulations enzymatiques et le cycle de vie des biocatalyseurs. De plus, à partir de trois FAE disponibles connues grâce à la méthodologie de mutagenèse aléatoire, plus de 60 000 variantes d'évolution dirigée de ces enzymes ont été exprimées chez la levure. Les variantes améliorées avec une stabilité, une thermorésistance, un rendement et une productivité opérationnels plus élevés ont été sélectionnées avec des postes de travail automatisés.

«Ces bibliothèques de milliers de variantes d’enzymes représentent une source que les partenaires d'OPTIBIOCAT peuvent examiner en détails pour d'autres propriétés liées aux applications au-delà de la portée du projet», poursuit la professeure Faraco. Pour valider les candidats les plus prometteurs à l'échelle industrielle, les scientifiques les ont produits dans des levures et des champignons hôtes. Après optimisation des conditions, des rendements de production allant jusqu'à 20 litres ont été atteints.

Élargir le portefeuille de composés antioxydants

Dans le même temps, les chercheurs ont utilisé deux des meilleurs candidats enzymatiques pour générer et caractériser une bibliothèque de plus de 300 nouveaux composés. Parmi les composés identifiés, des esters ayant une activité antioxydante, une propriété qui leur permet d'ajouter de la valeur aux formulations utilisées dans l'industrie cosmétique. Des essais ultérieurs in vitro sur l'irritation cutanée sur certains de ces composés ont démontré leur profil sûr pour une utilisation en cosmétique. Cependant, d'autres essais sont nécessaires pour valider leurs effets cosmétiques potentiels.

Dans l'ensemble, le projet OPTIBIOCAT améliore les capacités synthétiques des FAE et des GE, en optimisant de manière concomitante les réactions de bioconversion. Il est important de noter que cela favorise le passage à des procédés basés sur les enzymes plutôt que sur les produits chimiques, ce qui se traduit également par moins d'expérimentation animale, avec des implications socio-économiques évidentes.

Comme le déclare la professeure Faraco: «L'impact de l'étude va au-delà de la production de produits cosmétiques contenant des ingrédients naturels; les connaissances issues de ce projet sont exploitables dans les futurs services et/ou produits en ligne avec les stratégies de développement des partenaires non académiques.» Compte tenu du marché de plusieurs milliards d'euros pour les enzymes industrielles et les antioxydants, les produits livrables d'OPTIBIOCAT seront sans doute rapidement commercialisés.

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Mots-clés

OPTIBIOCAT, antioxydant, cosmétiques, féruloyl estérase (FAE), glucuronoyl estérase (GE)