Synthèse enzymatique d'α-hydroxycétones catalysée par la transcétolase évoluée de Geobacillus stearothermophilus

Ce sujet de thèse fait partie d'un programme « Innovative Training Network » (ITN) financé par l'Union Européenne Horizon 2020 dans le cadre de la convention de subvention Marie Sklodowska-Curie (n° 956631) appelé CC-TOP. Il s'agit d'un réseau de 12 laboratoires européens axé sur l'exploitation des avantages offerts par des enzymes formant des liaisons C-C (« carboligases ») pour la synthèse de composés chiraux de haute valeur ajoutée. Les objectifs de la thèse portaient sur la synthèse enzymatique de désoxy cétoses chiraux par ingénierie d'une transcétolase thermostable de Geobacillus stearothermophilus (TKgst) à partir d'un nucléophile et d'un électrophile comme substrats. La méthodologie a consisté dans un premier temps en l'analyse du site actif de la TKgst qui a été cristallisé par un partenaire de CC-TP et en des études de modélisation moléculaire qui ont permis d'identifier les positions clés à muter pour améliorer la reconnaissance des substrats. Les TKgst les plus efficaces ont été sélectionnées parmi les banques de TKgst mutées, à l'aide de tests spécifiques développés dans notre groupe. Pour obtenir les désoxy cétoses ciblés, deux voies enzymatiques principales ont été explorées i) par décarboxylation à partir d'un alpha-cétoacide et d'un (désoxy) aldose, et ii) par une nouvelle réaction de condensation croisée de type acyloïne entre deux aldéhydes.Dans la première voie couramment utilisée, les TKgst mutées ont été sélectionnées pour accepter des alpha-cétoacides tels que l'hydroxypyruvate, le pyruvate ou le 2-oxobutyrate et des (désoxy) aldoses appropriés, certains d'entre eux étant biosourcés pour produire des désoxy cétoses (C5-C8) offrant des applications dans le domaine médical ou aussi comme herbicides naturels. Selon cette voie par décarboxylation, dix-sept désoxy cétoses valorisables (neuf d'entre eux n'étant pas rapportés) ont été obtenus avec des rendements bons à excellents et des diastéréosélectivités élevées.La deuxième voie de condensation de type acyloïne croisée, inédite avec cette enzyme, a permis la synthèse de plusieurs désoxy cétoses à partir de deux aldéhydes l'un jouant le rôle de nucléophile et l'autre d'électrophile. Cette méthode évite l'utilisation des α-cétoacides instables et/ou coûteux et la libération de dioxyde de carbone offrant une alternative plus durable. Les TKgst mutées les plus efficaces ont démontré des régio- et stéréosélectivité élevées, permettant la synthèse de cinq désoxy cétoses chacun conduisant à un stéréoisomère majoritaire avec des rendements bons à excellents.Les résultats obtenus au cours de ces travaux de thèse offrent des avancées dans la compréhension des capacités catalytiques de la TKgst et de nouvelles approches enzymatiques pour la synthèse de désoxy cétoses inédites qui pourraient être testées sur différentes cibles cellulaires.