Tirer parti des moyens naturels d'ajouter des groupes sulfate par des enzymes, des scientifiques du Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability de l'Université technique du Danemark (DTU) ont pour la première fois démontré comment produire une large gamme de composés phénoliques sulfatés dans des hôtes microbiens, des usines cellulaires. Cette recherche pionnière, Publié dans Communication Nature , permet la production à grande échelle de composés phénoliques sulfatés par fermentation.

« Les perspectives sont vastes puisque la sulfatation peut être utilisée pour une large gamme de produits tels que les agents antisalissures et les produits pharmaceutiques. Ce travail pourrait signifier des médicaments moins chers et meilleurs à l'avenir ainsi que des produits biochimiques et des polymères dotés de nouvelles propriétés, ", déclare l'auteur correspondant, le professeur Alex Toftgaard Nielsen du Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability. Il est également CSO chez Cysbio, une entreprise qui travaille à la commercialisation de produits à partir de, entre autres, molécules sulfatées.

Les composés phénoliques sont des molécules aromatiques utilisées dans des domaines tels que la médecine, nutraceutiques et autres antioxydants, et dans les industries cosmétiques et polymères. L'ajout de résidus de sulfate aux composés phénoliques peut augmenter l'acidité et la solubilité d'une molécule ainsi que diminuer sa toxicité.

Comme preuve de concept pour le procédé de sulfatation dans les usines cellulaires, les chercheurs voulaient produire de l'acide zostérique. Cet acide se trouve dans la zostère marine et est un puissant agent antisalissure. Utilisé dans la peinture de bateau, il pourrait potentiellement inhiber la croissance des algues sur la coque. Par ailleurs, il a des applications dans les désinfectants, où il peut empêcher la fixation de bactéries sur les surfaces (biofilms), par ex. dans les hôpitaux.

Aujourd'hui, l'acide zostérique peut être extrait de la matière végétale, mais les titres sont bas, et le coût est élevé. L'acide zostérique peut également être synthétisé chimiquement, mais cela nécessite des conditions chimiques difficiles et génère beaucoup de déchets chimiques. Ainsi, un processus biologique est préférable.

Les chercheurs ont dû reconcevoir et recâbler plusieurs gènes au sein de l'usine cellulaire pour optimiser le processus de sulfatation. Cela a été fait à la fois en améliorant l'absorption du sulfate et en optimisant la disponibilité de l'enzyme donneuse de sulfate dans la cellule.

Le résultat a été la production de jusqu'à cinq grammes par litre d'acide zostérique dans une fermentation dite fed-batch. Ce rendement est impressionnant, puisque la nature ne produit normalement que de l'acide zostérique en très faible quantité, et parce que la synthèse chimique est extrêmement difficile et coûteuse.

Biologiquement, l'acide zostérique est créé par une enzyme (sulfotransférase) qui transfère un groupe latéral sulfate à une molécule de base spécifique. Par conséquent, les chercheurs ont isolé des sulfotransférases chez l'homme, les mouches des fruits, zostère, les rats, poulets, lapins, chiens, vers, poisson zèbre et porcs pour trouver le plus efficace. L'enzyme gagnante a en fait été isolée du foie de rat et a fonctionné à merveille dans l'hôte de production microbienne.

En utilisant cette méthode, les chercheurs ont également découvert des sulfotransférases capables de sulfater le puissant antioxydant resvératrol présent dans le vin rouge. Aujourd'hui, en raison de sa très faible teneur en raisins, des processus de purification fastidieux et le besoin de produits chimiques agressifs, l'extraction du resvératrol des plantes est difficile, chronophage et insoutenable.

Dans les raisins, le resvératrol se trouve sous une forme non sulfatée inactive. Entrer dans le corps humain, le resvératrol est sulfaté par le foie pour devenir actif, ce qui confère à la molécule ses propriétés antioxydantes. Ainsi, être capable de produire de grandes quantités de resvératrol sulfaté dans des usines cellulaires ouvre à la production d'un antioxydant plus actif et biodisponible, un processus qui peut également être utilisé pour modifier les propriétés des produits pharmaceutiques.

Par ailleurs, les chercheurs ont montré que certaines des sulfotransférases étaient également capables de sulfater l'acide vanillique. Cette, trop, est un produit qui peut être fabriqué dans une usine de cellules microbiennes et qui a un potentiel de marché.

« D'un point de vue scientifique, être capable de produire des composés phénoliques sulfatés dans des usines de cellules microbiennes est fantastique, mais cela pourrait aussi avoir des impacts sociétaux car ces molécules ont des applications à la fois en tant que produits biochimiques, comme nutraceutiques et même comme médicaments, " dit le premier auteur de l'étude, Christian Bille Jendresen, Directeur R&D Sulfation Technologies de la start-up Cysbio, qui est issu du Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, DTU.

« Nous pouvons créer une large gamme de produits chimiques intéressants qui trouveront différentes voies sur le marché, " il dit.

Ce travail pionnier a ainsi permis la production d'une nouvelle classe de produits biochimiques sulfatés qui trouveront probablement de nombreuses applications biotechnologiques.