Procédés biotechnologiques éco-compatibles pour la synthèse de furanoconjugués

par Alizé Pennec

Thèse de doctorat en Sciences chimiques

Sous la direction de Caroline Nugier-Chauvin et de Richard Daniellou.

Soutenue en 2012

à Rennes, Ecole nationale supérieure de chimie , dans le cadre de École doctorale Sciences de la matière (Rennes) , en partenariat avec Institut des Sciences Chimiques de Rennes (laboratoire) et de Université européenne de Bretagne (2007-2016) (autre partenaire) .

mots clés

• Synthèse enzymatique
• Criblage
• Furanose
• Glycosidases
• Mutagenèse
• Hémicellulose
• Glycoconjugués

Résumé

La synthèse chimio-enzymatique est une stratégie simple pour accéder facilement aux glycoconjugués comparé aux méthodes chimiques classiques. La glycosidase, alpha-L-arabinofuranosidase de Clostridium thermocellum (Araf51) a été utilisée pour catalyser la réaction de transglycosylation à partir de donneurs furanosidiques et d’accepteurs variés de type alcools aliphatiques pour la formation de furanosides d’alkyles. Afin d’améliorer les propriétés enzymatiques de l’Araf51, une méthode a été élaborée dans le but d’obtenir des nouveaux biocatalyseurs plus performants pour cette réaction. A partir de mutagénèse aléatoire et d’un criblage adapté, cinq mutants ont pu être obtenus. Ils ont ainsi montré des améliorations de temps de réaction, de conversion et même de spécificité d’accepteur comparé à l’enzyme native. De plus, cette stratégie efficace pourra être par la suite appliquée à de nombreuses autres finalités. Dans un souci de développer des procédés plus éco-compatibles, nous nous sommes intéressés à la valorisation de l’utilisation des polymères d’arabinane et d’arabinoxylane pour les réactions d’hydrolyse et de transglycosylation impliquant l’Araf51. Ainsi, les produits issus des réactions auront des applications en bioraffinerie ou comme intermédiaires de synthèse. Enfin, ces alpha-L-arabinofuranosides d’alkyle sont reconnus comme accepteurs et glucosylés par la cyclodextrine glycosyle transférase de Thermoanaerobacterium sp. à partir de beta-cyclodextrine. Ces travaux valorisent ainsi le potentiel des enzymes pour l’obtention de molécules complexes associant des entités furanose et pyranose en très peu d’étapes et en utilisant des matières premières renouvelables issues de la biomasse.

Résumé

Chemo-enzymatic synthesis as an efficient and environmental friendly strategy to access furanosidic compounds. Alpha-L-arabinofuranosidase from Clostridium thermocellum (Araf51), a thermostable glycosidase, is able to use arabinofuranosyl-donors to catalyse transglycosylation reactions with various aliphatic alcohols to give the corresponding glycoconjugates. Thanks to random mutagenesis method involving the development of an efficient screening, five mutants were obtained. In comparison to the wild type enzyme, they improve the reaction time, the conversion rate and the specificity to the alkyl furanoside formation. Many efforts have focused on the extraction and conversion of renewable biomass as biofuels or biocompounds but have neglected the pentose polymers from hemicellulose which represent 30 % of the total biomass. Hydrolysis of sustainable polymers as arabinan or arabinoxylan by the araf51 was studied. To enhance the hydrolysis rate, mutants were selected by a screening based on the conditions of the transglycosylation reaction performed to produce methyl-alpha-L-arabinofuranoside by the Araf51. We also demonstrate that a cyclodextrin glycosyltransferase, CGTase from Thermoanaerobacterium sp. Was able to recognize and glucosylate alkyl and para-nitrophenyl furanosides using beta-cyclodextrin as substrate with efficiency. The compounds were identified and presented only one interesting regioisomery. These compounds are good targets as amphiphilic molecules, building block or immunostimulating and anti-parasitic drug.