Evolution dirigée d’enzymes : modifier leurs activités pour obtenir de nouvelles propriétés

Les enzymes sont de plus en plus utilisées dans les industries pharmaceutique, cosmétique, agroalimentaire et chimique. La transposition de procédés chimiques en procédés enzymatiques a permis d’augmenter la production, de limiter l’apparition de produits indésirables et d’avoir des procédés industriels plus respectueux de l’environnement. Pour répondre à des applications industrielles très spécifiques, les enzymes peuvent être modifiées par des techniques d’évolution dirigée. Un savoir-faire rare, maîtrisé par les experts en ingénierie enzymatique de CAPACITÉS.

Explications avec Thomas Bessonnet, Ingénieur R&D en enzymologie et biochimie et Charles Tellier, Professeur émérite de l’Université de Nantes.

En résumé

Mots Clés :

EnzymesEvolution dirigéeingénierie enzymatiquemutagénèse rationnelle mutagénèse aléatoire

Quelles sont les étapes préalables à l’utilisation d’enzymes dans l’industrie ?

C. Tellier Les enzymes sont des protéines impliquées dans le métabolisme de tous les êtres vivants. Il est possible de les utiliser ex-vivo dans des procédés industriels, mais cela nécessite souvent de les modifier en utilisant des techniques d’évolution dirigée. Ces approches permettent de faire évoluer rapidement une enzyme pour leur conférer de nouvelles propriétés.

Nous pouvons par exemple modifier une enzyme pour qu’elle accepte un nouveau substrat d’origine non naturelle ou pour améliorer son activité catalytique, sa stabilité à la température, à un pH acide ou basique, etc.

Comment fonctionne l’évolution dirigée d’enzyme ?

T. Bessonnet Pour réaliser une évolution dirigée d’enzyme, nous avons recours à la mutagénèse pour modifier de manière aléatoire ou rationnelle les gènes codant ces protéines.

Après une mutagénèse aléatoire, nous réalisons un criblage afin d’identifier les enzymes ayant développé la propriété recherchée.

La mutagénèse rationnelle quant à elle nous permet de cibler des régions du gène dont les fonctions sur la protéine sont connues.

Généralement, nous associons les deux types de mutagénèses.

Pour quelles raisons ? 

C. Tellier Associer mutagénèse aléatoire et mutagénèse ciblée permet d’accélérer l’évolution de l’enzyme. Souvent, une approche rationnelle n’est pas suffisante. En effet, les relations structure-fonction au sein des protéines sont encore mal connues, et sont l’objet de recherches très actuelles. Personne ne sait prédire avec précision la fonction d’une protéine à partir de la structure observée, d’où le recours à la mutagénèse aléatoire.

En outre, grâce à cette technique, des activités encore inconnues peuvent émergées, et se révéler intéressantes pour développer de nouvelles applications d’une enzyme.

Pouvez-vous nous donner des exemples d’applications de l’évolution dirigée d’enzyme ?

T. Bessonnet Nous avons recours à l’évolution dirigée d’enzyme pour produire de nouvelles molécules à forte valeur ajoutée telles que les oligosaccharides de lait humain (HMOs, Human Milk Oligosaccharides).

Nous utilisons également cette technique pour améliorer un procédé. Dans le cadre de ses travaux de recherche, la jeune biotech DNA Script nous a ainsi chargé d’améliorer les performances d’une enzyme afin de la rendre utilisable dans la synthèse d’ADN.

Dans les mélanges complexes, et notamment dans l’agroalimentaire, l’évolution dirigée d’enzymes permet de renforcer leur activité pour dégrader des polymères naturels. L’entreprise Cycle Farm avait par exemple besoin d’augmenter la digestibilité d’aliments piscicoles. Ceux-ci sont fabriqués à partir de larves d’insectes qui contiennent beaucoup de chitine, un biopolymère insoluble et peu digeste pour les poissons. Nous avons résolu cette problématique en ajoutant un biocatalyseur enzymatique à la farine d’insectes.

 

Vous aussi, vous avez besoin de produire des molécules à haute valeur ajoutée ou d’optimiser un procédé industriel ? Et besoin d’un partenaire ingénieux pour le développement d’enzymes spécifiques ? Contactez-nous.

Partager cet Article avec le #CapaOupasCap

Réalisations

Les défis relevés

Des laits maternisés plus nutritifs grâce aux enzymes

Un industriel spécialiste du développement des HMOs cherchait à mimer les structures de ces oligosaccharides pour les incorporer dans les laits maternisés. Elle a fait appel aux experts CAPACITÉS pour réaliser une synthèse enzymatique d’oligosaccharides.

Voir la réalisation

CAPACITÉS développe une enzyme pour la biotech DNA Script

Nos experts en ingénierie enzymatique ont accompagné la biotech DNA Script pour faire évoluer une enzyme de synthèse d’ADN.

Voir la réalisation

Les enzymes au cœur de la thérapie cellulaire

L’acide hyaluronique est très présent dans la thérapie cellulaire. Comment désacétyler ce polymère pour obtenir des résultats encore plus performants ?

Voir la réalisation

Optimiser l’efficacité d’un détergent grâce aux enzymes

Daan Tech développe un mini lave-vaisselle éco-responsable, autonome, économe en eau et intégralement fabriqué en France. Sur la composition de son détergent aussi, la start-up française s’engage. Elle s’est tournée vers les experts CAPACITÉS pour mettre au point un détergent pour lave-vaisselle ayant un pouvoir blanchissant supérieur à la moyenne des détergents du marché, tout en étant plus respectueux de l’environnement. Un…

Voir la réalisation

Exploiter les nouvelles protéines grâce à la biocatalyse

Activité enzymatique : exploiter des protéines grâce à la biocatalyse pour augmenter la digestibilité et l’efficacité nutritionnelle d’un aliment piscicole.

Voir la réalisation

Intégrer un biocatalyseur à un produit agroalimentaire

Sourcing d’un biocatalyseur améliorant l’efficacité nutritionnelle d’aliments piscicoles, et transpostion du procédé à l’echelle industrielle.

Voir la réalisation

Surgelés : comment préserver le goût des légumes ?

Améliorer le dosage enzymatique pour maîtriser le processus d’inhibition des enzymes impactant les propriétés gustatives des aliments surgelés.

Voir la réalisation

Ce site utilise des cookies et vous donne le contrôle sur ce que vous souhaitez activer