Les scientifiques ont enfreint les règles de l'ingénierie enzymatique pour débloquer une nouvelle méthode de création de réactions chimiques qui pourraient débloquer un large éventail de nouvelles applications, de la création de nouveaux médicaments à la production alimentaire.

Dans leur article publié aujourd'hui dans Catalyse naturelle , Le professeur Francesca Paradisi et le Dr Martina Contente de l'Université de Nottingham et de l'Université de Berne présentent une nouvelle méthode pour produire des molécules chimiques plus efficacement grâce à une nouvelle réaction en une étape dans l'enzyme.

Le professeur Paradis est professeur de biocatalyse à la Faculté de chimie de Nottingham et professeur de chimie pharmaceutique à l'Université de Berne, elle explique :« Nous avons démontré comment une mutation très simple dans l'un des résidus clés d'une enzyme utile a considérablement élargi sa portée synthétique, permettant l'utilisation de la variante mutante dans la préparation de molécules chimiques difficiles, ainsi que des métabolites naturels qui sont vitaux dans de nombreux processus biologiques dans le corps."

Tout manuel sur les enzymes rendra compte de la façon dont les acides aminés catalytiques dans une famille d'enzymes donnée sont hautement conservés, ils sont en fait une signature du type de chimie qu'une enzyme peut faire. Des variations se produisent et dans certains cas, si l'acide aminé de remplacement est similaire, les deux peuvent être trouvés en proportion importante dans la nature, mais d'autres peuvent être beaucoup moins communs et ne se trouvent que dans un nombre limité d'espèces.

"Dans cette étude, nous avons exploré un domaine vierge de l'ingénierie enzymatique et modifié un résidu catalytique clé dans le site actif d'une enzyme, " ajoute le professeur Paradisi. " Auparavant, on pensait que cela entraînerait une perte d'activité de l'enzyme, mais nous avons constaté que ce n'est pas le cas lorsque ce biocatalyseur est utilisé dans une direction synthétique et en fait, des molécules difficiles mais très utiles peuvent maintenant être fabriqué dans des conditions douces qui pourraient être facilement étendus et reproduits commercialement pour une utilisation dans une large gamme de produits.

Pour changer la portée du substrat d'une enzyme, l'approche a généralement consisté à muter les résidus impliqués dans la reconnaissance du substrat, que ce soit par une conception rationnelle ou une évolution dirigée, en laissant toujours intacts les catalyseurs.

La variante mutante d'une enzyme acyl transférase a été rapidement créée et alors que le biocatalyseur natif fonctionnerait avec des alcools et des amines linéaires, le mutant fonctionne également avec des thiols et des amines beaucoup plus complexes. La recherche a démontré qu'en effet la nouvelle variante a perdu la capacité d'hydrolyser les esters, mais pour les applications synthétiques, lorsqu'un ester ou d'autres groupes fonctionnels doivent être fabriqués (thioesters et amides) et non clivés, c'est en fait un avantage majeur.

Le Dr Martina Contente ajoute, "Nous avons eu des retours fantastiques sur cette étude de la communauté scientifique car elle fournit un nouvel outil pour la chimie qui peut être appliqué à un large éventail de réactions moléculaires. Le fait qu'il s'agit d'une réaction très stable créée sans avoir besoin de conditions spécifiques signifie qu'il a le potentiel pour une application commerciale à faible coût dans la production de nouveaux produits pharmaceutiques. Nous pensons avoir débloqué une nouvelle combinaison dans les triades catalytiques que la nature semble avoir défavorisées, éventuellement resserrer le contrôle de la réactivité, mais cela pour un chimiste pourrait être une véritable mine d'or."