Les scientifiques ont créé une enzyme qui incorpore de l'acide boronique, qui améliore son pouvoir catalytique et sa sélectivité grâce à une évolution dirigée, offrant ainsi une alternative plus durable aux réactions chimiques traditionnelles. Cette innovation accélère non seulement la catalyse, mais permet également d’obtenir une énantiosélectivité élevée, cruciale pour la production de molécules chirales nécessaires aux produits pharmaceutiques.
Boronique acide est utilisé en chimie organique depuis des décennies, bien qu’on ne le trouve dans aucun organisme vivant.
«Cela donne lieu à des réactions chimiques différentes de celles que l'on trouve dans la nature», explique Gerard Roelfes, professeur de chimie biomoléculaire et de catalyse à l'université de Groningue. Son groupe a créé une enzyme avec de l'acide boronique en son centre réactif, puis a utilisé l'évolution dirigée pour la rendre plus sélective et améliorer son pouvoir catalytique.
Il s'agit de Gerard Roelfes, professeur de chimie biomoléculaire et de catalyse à l'Université de Groningue et auteur principal de l'article Nature. Crédit : Université de Groningue
De plus, les réactions enzymatiques sont plus durables que les réactions chimiques classiques, car elles se déroulent à basse température et sans solvants toxiques. L'étude a été présentée en ligne dans la revue Nature le 8 mai.
L'application du bore en chimie organique remonte à environ soixante-dix ans et a reçu le prix Nobel de chimie en 1979. Ces dernières années, l'intérêt pour le bore en tant que catalyseur s'est accru, mais son utilisation dans l'industrie chimique est encore limitée. Roelfes: « Jusqu'à présent, la catalyse au bore est trop lente et n'est pas très adaptée aux réactions énantiosélectives. »
Ces types de réactions sont utilisés pour créer des molécules chirales, qui peuvent exister en deux versions qui sont des images miroir l’une de l’autre, comme une main gauche et une main droite. Dans de nombreux médicaments, les deux « mains » peuvent avoir un effet différent. Il est donc important de produire de manière sélective la « main » appropriée, en particulier pour l'industrie pharmaceutique.
Code génétique élargi
«Pour rendre cela possible, nous avons décidé d'introduire du bore dans une enzyme. Notre groupe a une longue histoire dans la conception d'enzymes qui n'existent pas dans la nature. Le groupe Roelfes a utilisé un code génétique élargi pour introduire un acide aminé non naturel contenant un groupe acide boronique réactif dans une enzyme. «Grâce à cette technique, nous pouvons déterminer au ADN niveau où nous plaçons l’acide aminé dans une protéine.
Il s'agit d'une représentation schématique de la façon dont les chimistes de l'Université de Groningue ont introduit un acide aminé artificiel contenant du bore dans une enzyme. Crédit : Roefels Lab / Université de Groningue
Une fois qu’ils ont fabriqué une enzyme avec de l’acide boronique en son centre réactif, ils ont pu utiliser une évolution dirigée pour augmenter son efficacité, ce qui aurait pour résultat une catalyse plus rapide. «De plus, en plaçant l'acide boronique dans le contexte chiral d'une enzyme, nous avons pu réaliser une catalyse hautement énantiosélective.» La réaction décrite dans la revue Nature est une « preuve de principe » et montre la voie à suivre pour exploiter le pouvoir catalytique du bore dans les enzymes.
Biocatalyse
L’utilisation d’enzymes pour créer des composés organiques est importante pour l’industrie pharmaceutique.
« Dans leur effort vers des méthodes de production de médicaments plus écologiques et plus durables, ils envisagent la biocatalyse pour remplacer les réactions chimiques conventionnelles. » À l'Université de Groningen, des efforts concertés sont déployés pour atteindre cet objectif. «Un certain nombre de groupes de recherche à la Faculté des sciences et de génie sont engagés dans ce type de travail, en utilisant différentes approches pour créer des solutions biocatalytiques pour l'industrie chimique.» Dans ce contexte, Roelfes et son équipe continueront à développer leurs enzymes à base d’acide boronique et à créer d’autres enzymes nouvelles dans la nature.
