These Exploration et Optimisation d'Enzymes pour la Conversion de Dérivés C1 en Amines H/F CEA

Description de la problématique de recherche :
La valorisation du dioxyde de carbone constitue un levier clé pour instaurer une économie circulaire du carbone. Parmi les voies
explorées, la biocatalyse offre des perspectives prometteuses pour convertir le CO en composés à plus forte valeur ajoutée de manière
sélective et durable. Si des enzymes capables de réduire le CO en CO ou en acide formique sont activement étudiées, les étapes
suivantes, comme l'introduction de fonctions aminées, restent largement inexplorées. La synthèse durable d'amines, essentielles en chimie fine et lourde, représente pourtant un enjeu industriel majeur : la méthylamine seule dépasse un million de tonnes produites par an pour un marché croissant d'environ 2 milliards USD. À ce jour, les voies enzymatiques susceptibles de transformer directement des intermédiaires C1 issus du CO en méthylamine, restent très peu explorées. Ce projet vise à identifier puis améliorer des enzymes capables de catalyser ces transformations (C1-C2 amines) en combinant exploration de la biodiversité par approche génomique et
ingénierie enzymatique assistée par IA. L'intégration de ces biocatalyseurs dans des procédés (chemo)enzymatiques couplant la réduction catalytique du CO sera également étudiée.
Le passage à la neutralité carbone impose de développer une économie circulaire du carbone pour les secteurs économiques où le carbone n'est pas remplaçable, comme le transport à longue distance et les produits chimiques. La conversion du CO2 en molécules plus réduites et fonctionnalisées est un défi majeur. Parmi les approches, la catalyse par voie enzymatique (biocatalyse) offre des possibilités intéressantes pour adresser les limitations thermodynamiques de ces transformations et bénéficier de leur sélectivité et efficacité Thématique / Domaine / Contexte catalytique. Les enzymes sont des catalyseurs répondant à plusieurs des principes de chimie verte et ont de réels potentiels industriels déjà démontrés notamment dans le domaine pharmaceutique.[1,2] Depuis quelques années, des enzymes capables de réduire le CO en CO ou en acide formique sont activement étudiées, le levier à lever étant conséquent. La valorisation durable de ces molécules réduites directement issues du CO2 est aussi un challenge à relever et la biocatalyse peut y répondre pour les mêmes raisons. [3,4] Une des fonctions essentielles dans notre industrie est la fonction amine. Les amines sont présentes dans notre industrie chimique à haute valeur ajoutée mais aussi en chimie fine et en chimie lourde. La méthylamine est ainsi produite à plus de 1 million de tonnes par an et son marché croissant est d'environ 2 milliards USD en 2024. À ce jour, les voies enzymatiques pour la transformation des intermédiaires C1 issus du CO en briques moléculaires amines restent très peu explorées. Le défi est donc important mais à fort impact.