Une nouvelle recherche de l'Institut des sciences de la vie de l'Université du Michigan jette un pont entre la chimie de la nature et l'environnement, chimie de synthèse plus efficace.

Les chercheurs du laboratoire d'Alison Narayan ont analysé les biocatalyseurs évolués par la nature pour leur efficacité dans une variété de réactions chimiques synthétiques. Les résultats, sortie prévue le 13 novembre dans Chimie de la nature , ouvrir la porte à des pratiques prometteuses pour les chimistes, indiquant non seulement des outils plus efficaces mais plus puissants pour les chimistes.

Les chercheurs ont commencé avec des micro-organismes qui ont, au fil des millénaires, développé des réactions chimiques complexes pour créer des molécules avec une activité biologique importante à des fins diverses, tels que les mécanismes de défense. Les scientifiques ont ensuite analysé les voies chimiques qui donnent naissance à ces molécules potentiellement utiles pour déterminer comment elles peuvent être réutilisées pour créer des composés synthétiquement en laboratoire.

"La nature a développé des outils catalytiques qui permettraient aux chimistes de construire des molécules que nous ne pouvons pas facilement construire en utilisant simplement la chimie traditionnelle, " dit Narayan, l'auteur principal de l'étude et professeur assistant au LSI, où se trouve son laboratoire. "Notre travail relie les deux mondes de la biosynthèse et de la chimie synthétique."

Pour construire un complexe, les molécules bioactives, comme les molécules qui permettent aux médicaments de trouver les bonnes cibles biologiques dans notre corps, les chimistes de synthèse utilisent souvent un processus appelé désaromatisation oxydative. Ce processus convertit les molécules plates en structures tridimensionnelles plus réactives. Mais les méthodes traditionnelles de désaromatisation oxydative présentent plusieurs défauts.

Parce qu'ils nécessitent l'utilisation d'un réactif chimique pour convertir le matériau de départ en produit final souhaité, les réactions elles-mêmes sont assez inutiles. En outre, les réactifs montrent une mauvaise sélectivité dans la transformation, résultant en un mélange de composés qui contient plusieurs inutiles, et parfois nuisible, variantes de la molécule de produit souhaitée.

"Ce n'est pas un processus très efficace, " dit Narayan, qui est également professeur adjoint de chimie à l'U-M College of Literature, Science, et les Arts. « Vous pouvez vous retrouver avec différentes structures alors que vous ne voulez vraiment que cette structure spécifique – et vous générez beaucoup de déchets dans le processus. »

Dans cette étude récente, le laboratoire Narayan a démontré que les catalyseurs enzymatiques ont le potentiel de résoudre ces problèmes.

Les enzymes sont des catalyseurs efficaces, générer de nombreuses molécules de produit à partir d'une seule molécule du catalyseur, conduisant à moins de déchets. Et le laboratoire de Narayan a découvert que les catalyseurs effectuent les réactions avec une sélectivité améliorée, ce qui signifie que les réactions ne produisent que la structure moléculaire souhaitée.

Ces enzymes n'ont pas encore été largement adoptées par les chimistes car leur utilité globale et leur robustesse pour la chimie n'ont pas été démontrées, dit Narayan.

"Les travaux menés dans le domaine de la biosynthèse se concentrent principalement sur la compréhension de la façon dont les molécules sont fabriquées dans la nature et l'identification de la réaction unique qu'une enzyme fait dans son contexte naturel, " dit-elle. " Nous devons comprendre comment une enzyme est utile dans le domaine de la chimie de synthèse - que peut-elle faire, avec quels types de molécules il fonctionne, afin que les chimistes puissent simplement consulter la littérature et voir comment ils peuvent utiliser cet outil. »

Le programme de recherche de Narayan commence à combler le fossé entre ces deux domaines en testant les enzymes non seulement pour leurs rôles naturels, mais pour les rôles qu'ils pourraient jouer dans une variété de réactions. Le laboratoire a également développé des méthodes pour rendre ces enzymes faciles à manipuler en vrac et à partager avec d'autres chimistes.

"Nous montrons que ces enzymes peuvent faire plus que la tâche spécifique pour laquelle elles ont évolué dans la nature, " a déclaré l'étudiant diplômé Summer Baker Dockrey, l'auteur principal de l'étude. "Ils peuvent être étonnamment généralisables et pourraient s'avérer être des outils très sélectifs."

Le laboratoire travaille maintenant à l'ingénierie de ces enzymes pour effectuer plus de réactions.

"Nous commençons vraiment à construire la bibliothèque de nouveaux, efficace, des outils puissants pour les chimistes, " a déclaré Narayan.