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Conception d’enzymes pour stimuler les applications biotechnologiques

La fusion de sucres à de petites molécules pharmaceutiques ou alimentaires - un processus connu sous le nom de glycosylation - peut considérablement améliorer leurs propriétés. Une initiative financée par l'UE a utilisé des biotechnologies avancées et innovantes pour développer de nouveaux procédés, efficaces et respectueux de l'environnement impliquant la glycosylation.
Conception d’enzymes pour stimuler les applications biotechnologiques
La glycosylation est un procédé largement utilisé pour améliorer la solubilité d'aliments sains ou de composés médicamenteux, augmenter l'activité de certains antibiotiques ou moduler les caractéristiques des arômes ou des odeurs. Exécuter des réactions de glycosylation par voie enzymatique plutôt que par synthèse chimique est plus spécifique et efficace, respectueux de l'environnement et utilise moins d'énergie. Cependant, les glycosyltransférases (GT) - les enzymes qui effectuent le processus de glycosylation - nécessitent des sucres activés par des nucléotides, qui sont coûteux pour les applications industrielles.

Le projet SUSY, financé par l'UE, a proposé d'aborder ce problème en développant un processus en plusieurs étapes plus rentable basé sur les propriétés uniques de trois types d'enzymes modificatrices du sucre: la lévane-saccharase, la saccharose-synthase et la glycosyl-transférase. «L'idée consistait à utiliser le saccharose comme point de départ du processus, un substrat très bon marché et abondant», explique le professeur Tom Desmet, coordinateur du projet. «En combinant les trois enzymes en plusieurs étapes, nous recyclons les composés intermédiaires coûteux tout au long du processus, en réduisant considérablement le coût des produits glycosylés», poursuit-il.

Des enzymes technologiques avec de nouvelles propriétés

Des efforts considérables ont été déployés pour répondre à certaines limitations associées aux variantes naturelles des enzymes utilisées, comme une spécificité étroite et une stabilité limitée. Dans ce contexte, les chercheurs ont réalisé une conception moléculaire approfondie pour identifier de nouvelles variantes d'enzymes ayant des caractéristiques améliorées, y compris une plus grande spécificité de substrat. Ils ont employé une pléthore de systèmes d'expression pour l'expression recombinante des enzymes modifiées.

En outre, des variantes enzymatiques d'origine végétale et bactérienne ont été identifiées, et leur stabilité à long terme a été encore augmentée grâce à des protocoles de co-immobilisation. En particulier, la saccharose synthase d'Acidiothiobacillus caldus, un organisme procaryote qui vit à des températures extrêmes, s'est révélée être le meilleur candidat à des fins d'ingénierie. L'enzyme était active à des températures élevées, démontrant une thermostabilité accrue ainsi qu'une promiscuité envers des substrats alternatifs. L'isolement efficace et le traitement en aval des produits de glycosylation ont été réalisés par des protocoles de chromatographie liquide à haute performance.

Des processus respectueux de l'environnement

Dans la dernière partie du projet, les connaissances et informations acquises ont été traduites en conditions pour des processus de glycosylation à grande échelle produisant jusqu'à 100 g de produit. Cette transposition a été réalisée dans des installations pilotes des partenaires du consortium, démontrant le potentiel économique de la technologie SUSY et soutenant la valorisation ultérieure des résultats et des technologies du projet. Il est important de noter que les chercheurs ont évalué l'impact environnemental des nouveaux processus biocatalytiques, montrant que l'énergie utilisée réduit l'empreinte écologique de l'ensemble du processus.

Grâce aux enzymes qui servent de biocatalyseurs importants et qui surpassent la synthèse chimique, les produits livrables du projet SUSY devraient améliorer et développer les applications biotechnologiques dans les industries alimentaire, chimique, pharmaceutique et des soins personnels. La technologie peut potentiellement s'étendre vers la galactosylation, la mannosylation et la fucosylation, élargissant ainsi la gamme de produits synthétisés. Dans le même temps, SUSY alimentera le développement de l'industrie chimique en fournissant le cadre d’une production rentable de glycosides, ce qui engendrera toute une gamme de nouveaux composés.

En vue de ces développements, le professeur Desmet envisage «la biocatalyse comme un pilier majeur de la chimie verte, avec des enzymes offrant des avantages écologiques significatifs, compte tenu de leur faible consommation d'énergie et de la faible génération de déchets toxiques».

Mots-clés

SUSY, glycosylation, glycosyl-transférase, enzyme, biocatalyseur