Des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du département américain de l'Énergie (DOE) ont obtenu de nouvelles informations sur la façon dont la glycosylation - la fixation naturelle des sucres aux protéines - affecte une enzyme cellulase clé. Ce travail pourrait être utilisé pour améliorer les performances enzymatiques afin de mieux décomposer la biomasse et de convertir les déchets végétaux en carburants et produits renouvelables. À savoir, plus l'enzyme est efficace, plus le processus sera efficace et économique.

La nouvelle recherche, qui se concentre sur l'enzyme Cel7A qui décompose la cellulose des plantes en sucres, est détaillé dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ) dans un manuscrit intitulé "Rôles distincts des N- et O-glycanes dans l'activité et la stabilité de la cellulase". Cette étude met en lumière les fonctions spécifiques des petits sucres, ou glycanes, que les microbes s'attachent à leurs enzymes. Cette modification enzymatique par l'ajout de sucres est appelée « glycosylation » et elle est connue pour avoir un impact substantiel sur la fonction enzymatique.

Une femme et un homme travaillent sur une paillasse entourée d'équipements de laboratoire.

La chercheuse postdoctorale Antonella Amore et l'ingénieur principal Brandon Knott travaillent sur des échantillons en laboratoire. Les nouvelles recherches sur les relations entre les petits sucres (glycanes), leur fonction, et leur emplacement pourrait être utilisé pour améliorer les performances enzymatiques afin de mieux décomposer la biomasse et de convertir les déchets végétaux en carburants et produits renouvelables. (Photo de Dennis Schroeder/NREL)

« Les enzymes pour décomposer la cellulose sont notoirement difficiles à concevoir pour une activité améliorée, " a déclaré Brandon Knott, ingénieur d'état-major du NREL, un co-auteur de l'article. « On s'est depuis longtemps rendu compte que la glycosylation est un « bouton à tourner » dans cette entreprise, mais les rôles spécifiques des différents glycanes ont été insaisissables."

Avec l'incertitude entourant la relation entre les différents types de glycanes et les différentes fonctions enzymatiques, NREL a développé un système d'expression recombinant unique pour tester de nouvelles enzymes, produisant une grande collection de mutants Cel7A qui manquaient de diverses combinaisons de sites de glycosylation. Une équipe de chercheurs du NREL, l'Université de Géorgie, et l'Université du Colorado, Rocher, puis caractérisé toutes les enzymes mutantes et comparé les caractéristiques à celles de l'enzyme native pour recueillir des données critiques sur les relations entre le glycane spécifique, sa fonction, et son emplacement.

« Sur la base de la littérature, nous pensions déjà connaître l'emplacement de tous les sites de glycosylation, " a déclaré la co-auteur Antonella Amore, chercheur postdoctoral au NREL. "En confirmant leurs emplacements, nous avons non seulement découvert de nouveaux glycanes, nous avons également élucidé les structures des glycanes à chaque site spécifique. Cela donne un aperçu de la façon dont le microbe protège et décore ses enzymes pour une activité optimale, qui à son tour fournit des indices sur la façon de les améliorer pour les applications industrielles. »

Acquérir une meilleure compréhension de la structure de base, fonction, et les relations entre les protéines sont fondamentales pour aider à concevoir de nouvelles stratégies pour améliorer les performances globales des enzymes. Mais la construction d'une enzyme supérieure nécessite une compréhension d'une vaste combinaison de facteurs. Il est important de savoir quels glycanes protègent des attaques de protéases, lesquels sont essentiels pour se lier à la stabilité enzymatique, et qui sont la clé de la liaison et de l'activité des enzymes. Les conclusions du NREL ont révélé que, selon son type et l'endroit où il est fixé, la glycosylation est importante pour renforcer la liaison de Cel7A à la cellulose, protéger l'enzyme contre les protéases qui décomposent la protéine, et renforcer la stabilité thermique de l'enzyme, ce qui permet à l'enzyme de continuer à fonctionner à des températures qui seraient rencontrées dans un processus de conversion de la biomasse industrielle.