Thèse Ingénierie de la Transcétolase pour la Synthèse de Cétoses Rares et Analogues par Réaction de Condensation Acyloine Croisée H/F

Université Clermont Auvergne

L'objectif est d'améliorer par mutagenèse l'activité promiscuitaire d'une enzyme, la transcétolase, pour la réaction de condensation acyloine croisée entre le glycolaldéhyde comme nucléophile et d'un large panel de substrats électrophiles possiblement biosourcés afin de proposer in fine une approche synthétique efficace de cétoses rares et aussi d'analogues par biocatalyse offrant des conditions respectueuses de l'environnement.
Le sujet de thèse portera par conséquent sur l'ingénierie de l'enzyme transcétolase qui fera intervenir la modélisation moléculaire pour l'analyse du site actif et la détermination des positions clés qui seront ensuite mutées par biologie moléculaire selon des techniques de mutagenèse par saturation de site. Afin de sélectionner les enzymes les plus efficaces au sein des banques d'enzymes mutées ainsi générées, la mise au point et la validation de tests de criblage d'activité de transcétolase seront nécessaires. Les transcétolases mutées présentant les meilleures efficacités catalytiques seront ensuite mises en oeuvre pour des réactions de synthèse de sucres rares et d'analogues à l'échelle préparative.

Les cétoses rares, qui par définition, sont très peu abondants sur terre, sont des monosaccharides à haute valeur ajoutée qui possèdent des applications dans l'industrie agroalimentaire, comme dans la pharmacie.
Notre groupe a découvert récemment une activité promiscuitaire de l'enzyme transcétolase pour la catalyse de la formation d'alpha-hydroxycétones par réaction de condensation acyloine à partir d'aldéhydes utilisés comme substrats donneurs en remplacement des alpha-cétoacides utilisés antérieurement évitant ainsi la libération de CO2 résultant de leur décarboxylation. Cette nouvelle stratégie permet ainsi de réaliser une économie d'atomes et répond aux critères de la chimie verte.

Les objectifs seront d'améliorer par mutagenèse l'activité de la transcétolase pour la réaction promiscuitaire de condensation acyloine croisée entre notamment le glycolaldéhyde comme nucléophile et d'un large panel de substrats électrophiles possiblement biosourcés afin de proposer in fine une approche synthétique efficace de cétoses rares et aussi d'analogues par biocatalyse offrant des conditions respectueuses de l'environnement. Les transcétolases mutées pourront être couplées avec des enzymes auxilliaires dans des cacades enzymatiques pour générer les substrats à partir de molécules si possible biosourcées.

Le sujet de thèse portera sur l'ingénierie de l'enzyme transcétolase qui fera intervenir la modélisation moléculaire pour l'analyse du site actif et la détermination des positions clés qui seront ensuite mutées par biologie moléculaire selon des techniques de mutagenèse par saturation de site. Afin de sélectionner les enzymes les plus efficaces au sein des banques d'enzymes mutées ainsi générées, la mise au point et la validation de tests de criblage d'activité de transcétolase seront nécessaires. Les transcétolases mutées présentant les meilleures efficacités catalytiques seront ensuite mises en oeuvre pour des réactions de synthèse de sucres rares et d'analogues à l'échelle préparative.
La conception et la production des enzymes mutées seront réalisées grâce aux plateformes microbiologie et modélisation moléculaires de l'ICCF. Les composés obtenus seront caractérisés par les techniques usuelles d'analyse telles que la RMN, la spectrométrie de masse haute résolution (HRMS), la chromatographie gazeuse (GC) chirale entre autres.