Les chercheurs de la TU Graz ont réussi pour la première fois à « recycler » une enzyme pour construire des structures moléculaires en forme d'anneau au lieu d'accomplir sa tâche naturelle de réduire les doubles liaisons. L'ouvrage a été publié en Angewandte Chemie , et est pertinent pour la production de produits pharmaceutiques et phytopharmaceutiques.

La biocatalyse utilise des enzymes pour provoquer des réactions chimiques. Ce type de « chimie douce » remplace dans une large mesure l'utilisation de réactifs ou de solvants toxiques dans les synthèses existantes. Cependant, un défi majeur en biocatalyse est d'étendre ce concept à des réactions chimiques complètement nouvelles jusqu'à présent inaccessibles aux enzymes présentes dans la nature. L'une de ces nouvelles conceptions a été créée par une équipe de chercheurs de la TU Graz dirigée par Rolf Breinbauer, directeur de l'Institut de chimie organique, et Kathrin Heckenbichler, qui poursuit cette recherche dans le cadre d'une thèse de doctorat à l'Institut de chimie organique. Breinbauer dit, "Pour la première fois, nous avons réussi à manipuler une enzyme pour qu'elle ne remplisse pas sa fonction naturelle, mais plutôt une fonction beaucoup plus intéressante en terme de synthèse. Au lieu de réduire les doubles liaisons dans un processus catalytique, l'enzyme crée maintenant des structures moléculaires sous la forme de petits anneaux. En échangeant un seul acide aminé dans le centre actif de l'enzyme, nous avons réussi à supprimer la réaction naturelle et à faciliter un nouveau cours de réaction."

L'équipe dirigée par Heckenbichler et Breinbauer a pu produire des « cyclopropanes, ' molécules annulaires extrêmement petites en forme de triangle, en utilisant la biocatalyse. De tels systèmes d'anneaux, également appelés systèmes à trois anneaux, se produisent non seulement dans de nombreuses biomolécules, ils sont également un élément structurel important dans les produits phytopharmaceutiques et dans les produits pharmaceutiques tels que les pilules contraceptives, médicaments utilisés pour traiter l'asthme et les médicaments contre le sida. Le travail a été publié dans le numéro actuel de Angewandte Chemie .

La bonne et la mauvaise "main" de la molécule

Parallèlement à cela, les chercheurs ont également réussi à maîtriser la chiralité de la molécule produite, qui est d'une grande importance dans la production de médicaments. Chiralité, ou la « maniabilité » des molécules, décrit comment deux molécules du même atome peuvent être structurées à la manière d'un miroir, que ce soit en droitier ou en gaucher. Une variante de ces énantiomères peut être utile et l'autre dommageable, et une grande valeur est aujourd'hui accordée à l'utilisation uniquement de la variante curative dans la production de médicaments. Cela garantit que les médicaments agissent de manière très spécifique et qu'aucun effet secondaire indésirable ne se produit en raison de ce que l'on appelle des jumeaux chiraux. Kathrin Heckenbichler explique le processus et le résultat de la mise en œuvre biocatalytique du substrat :« Pour permettre une reconnaissance chirale optimale entre l'enzyme et le substrat, nous avons conçu un substrat avec un grand résidu. En faisant cela, nous pourrions idéalement exploiter les conditions spatiales dans le centre actif de l'enzyme pour produire un cyclopropane de haute pureté énantiomérique. » Les chercheurs ont réussi à produire uniquement l'énantiomère souhaité à partir des deux molécules chirales à trois anneaux possibles.

L'équipe de recherche de TU Graz a réussi à réaliser une extension importante de leur répertoire biocatalytique pour ouvrir la porte à diverses applications, en particulier dans la production « verte » de nouveaux médicaments et la production économique de médicaments génériques, substances aromatiques et produits phytopharmaceutiques. Le but de cette chimie dite verte, auquel la biocatalyse peut être attribuée, est d'employer des réactifs doux et respectueux de l'environnement, contenir la pollution de l'environnement, et économiser de l'énergie et des coûts.