ETUDES STRUCTURALES ET MODIFICATIONS DE GLUCOSE DÉSHYDROGÉNASES POUR LA CRÉATION DE BIOPILES AUX PERFORMANCES ACCRUES.

par Victoria Lublin

Projet de thèse en Biochimie

Sous la direction de Claire Stines-chaumeil et de Marie-France Giraud.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Centre de Recherche Paul Pascal (laboratoire) depuis le 24-10-2019 .


  • Résumé

    Les biopiles utilisent l'énergie chimique du couple oxygène-glucose, naturellement présent dans les fluides physiologiques, pour alimenter des dispositifs permettant, par exemple, aux patients diabétiques de doser leur glycémie. La sélectivité des réactions enzymatiques utilisées pour ces biopiles permet la construction d'une cellule à un seul compartiment, contenant à la fois le réactif anodique (le glucose) et le réactif cathodique (l'oxygène). La puissance opérationnelle d'une biopile dépend de la densité de courant définie par le choix des enzymes et de la stabilité de la biopile. L'objectif de ce projet de thèse sera de tirer parti des nouvelles technologies de production in vitro, comme l'expansion du code génétique, pour introduire dans les enzymes constituant les biopiles des acides aminés non naturels de façon ciblée afin d'orienter et immobiliser ces enzymes sur les supports des biopiles. Cette fixation covalente orientée permettra d'améliorer le transfert des électrons et la stabilité des biopiles. Les Glucose DésHydrogénases membranaires (m-GDH) d'Escherichia coli ou d'Acinetobacter calcoaceticus n'ont pas été étudiées jusqu'à ce jour du fait de la difficulté de produire ces protéines. Or, parce qu'elles sont naturellement immobilisées dans les membranes, ces enzymes offrent des potentialités énormes pour optimiser le transfert des électrons dans les biopiles. La production in vitro de la m-GDH d'A. calcoaceticus a permis de lever le frein sur l'expression de cette protéine et de vérifier que la protéine produite était active. Les structures tridimensionnelles des m-GDH d'E. coli ou d'A. calcoaceticus n'ont pas été établies à ce jour. La production in vitro, la cristallisation et la résolution de la structure 3D par diffraction des rayons X de ces protéines permettront de déterminer quelles sont les meilleures positions dans ces protéines, pour introduire, par traduction orthogonale in vitro, des résidus non naturels possédant des fonctions à partir desquelles les enzymes pourront être immobilisées et orientées par chimie 'clic' sur les supports fonctionnalisés des biopiles. L'objectif ultime de ce travail est de générer des biopiles aux capacités accrues.

  • Titre traduit

    STRUCTURAL STUDIES AND MODIFICATION OF GLUCOSE DEHYDROGENASES TO CREATE ENZYMATIC BIOFUEL CELLS WITH ENHANCED PROPERTIES.


  • Résumé

    Some Enzymatic Biofuel Cells (EBC) that use the chemical energy of the oxygen/glucose system constitute biomedical devices that can detect glycaemia. The selectivity of enzymatic reactions allows the design of cell compartments that contain both glucose as the anodic electron donor and oxygen as the cathodic electron acceptor. The current and the stability of EBC depend on the enzymes used. Membrane Glucose DeHydrogenases (m-GDH) of Escherichia coli and Acinetobacter calcoaceticus have not been extensively studied because of the difficulty to produce them. However, as they are naturally immobilized in membranes, these enzymes have huge potentialities to improve electron transfers in EBC. Recently, the bottleneck on the production of an active m-GDH from A. calcoaceticus has been eliminated using the in vitro expression system. The 3D structures of the m-GDH of E.coli or A. calcoaceticus have not been determined yet. During this project, their cell-free expression, their crystallization and the elucidation of their tertiary structures by X-ray diffraction will be performed. Their 3D structures will help to determine the positions where unnatural amino acids will be introduced using genetic code expansion. These unnatural amino acids with new functionalities will enable to bind and orient these enzymes on functionalized matrices using click chemistry. The final goal of this project is to create EBC with enhanced properties.