En tant que biocatalyseurs, les enzymes peuvent rendre de nombreux processus chimiques « plus écologiques » et ouvrir des opportunités prometteuses pour diverses industries, depuis les produits pharmaceutiques jusqu'aux technologies environnementales. Les nouvelles méthodes d'analyse, l'énorme augmentation des volumes de données et l'apprentissage automatique ont contribué à accélérer le développement de la biocatalyse.
Une publication dans la revue Science , coordonné par le Prof. Dr. Uwe Bornscheuer de l'Université de Greifswald (DE) et le Prof. Dr. Rebecca Buller de la ZHAW (CH), résume les développements en biocatalyse.
Les enzymes sont utilisées en biocatalyse depuis des décennies pour produire des antibiotiques semi-synthétiques, divers éléments constitutifs d'ingrédients pharmaceutiques actifs et des produits chimiques de base tels que l'acrylamide pour les polymères.
La biocatalyse peut rendre les processus chimiques plus efficaces, plus spécifiques et plus économes en énergie et, dans le contexte de pénurie d'énergie et de changement climatique, constitue une lueur d'espoir pour le développement d'une chimie plus verte et d'une économie circulaire globale.
Au cours des cinq dernières années, des progrès innovants et révolutionnaires ont été réalisés dans ce domaine :des avancées majeures ont été, par exemple, le développement de nouveaux outils bioinformatiques tels que l'apprentissage automatique, qui facilitent la conception personnalisée de biocatalyseurs, ou la possibilité d'équiper des enzymes avec la capacité d'effectuer de nouvelles réactions chimiques inconnues de la nature. Il est également possible de synthétiser des molécules complexes comme l'amidon à partir du dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, en combinant intelligemment des enzymes.
Les enzymes naturelles sont adaptées à leur fonction métabolique au fil de l'évolution et doivent donc être optimisées pour des applications industrielles utilisant des méthodes d'ingénierie des protéines. Bien que cela soit fait depuis près de trois décennies, de nouvelles méthodes importantes ont été développées au cours des cinq dernières années.
Non seulement le nombre de séquences protéiques stockées dans les bases de données publiques a été multiplié par 20, mais des structures protéiques fiables peuvent désormais également être générées automatiquement et utilisées avec des méthodes d'apprentissage automatique pour adapter rapidement les biocatalyseurs aux exigences d'un processus industriel.
Ainsi, il est désormais possible d’utiliser la biocatalyse pour produire des molécules médicamenteuses très complexes comme l’islatravir pour le traitement du SIDA ou des oligonucléotides thérapeutiques. Le premier auteur de la Science Dans son article, le professeur Rebecca Buller souligne que l'utilisation d'enzymes devient une réalité dans un nombre croissant de domaines. "Le développement rapide des méthodes bioinformatiques et de biologie moléculaire rend possible la synthèse biocatalytique de produits de plus en plus complexes, également en enseignant des astuces complètement nouvelles aux enzymes."
L’élimination des déchets plastiques est un autre problème mondial qui peut être résolu grâce à la biocatalyse. En 2020, par exemple, des méthodes d'ingénierie des protéines ont décrit une estérase très efficace qui peut désormais être utilisée pour recycler le plastique PET à l'échelle industrielle.
"Les méthodes d'ingénierie enzymatique les plus modernes résumées dans notre étude devraient donc permettre d'établir des processus de recyclage efficaces pour d'autres plastiques dans un avenir proche", déclare le professeur Uwe Bornscheuer.
L'article de synthèse, rédigé en collaboration avec une équipe internationale d'auteurs, résume les développements les plus importants en matière de biocatalyse au cours de la dernière décennie, qu'il illustre par des exemples d'application impressionnants. Il se propose également de jeter un regard sur l'avenir de ce domaine de recherche innovant.
Outre la combinaison de processus de catalyse chimique et enzymatique, les auteurs voient également des domaines d'application totalement nouveaux pour les enzymes, par exemple dans la production de thérapies à ARN, dans la thérapie génique et d'autres contributions innovantes à la conservation des ressources et à la protection du climat.
Plus d'informations : R. Buller et al, De la nature à l'industrie :exploiter les enzymes pour la biocatalyse, Science (2023). DOI :10.1126/science.adh8615
Informations sur le journal : Sciences
Fourni par l'Université de Greifswald
