Oxyfonctionnalisation par des cyanobactéries recombinantes via des enzymes à ferrédoxine

Engineering ferredoxin-dependent oxyfunctionalization in cyanobacteria

• Auteur / Autrice : Francesco Mascia
• Direction : Véronique Alphand, Paula Tamagnini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 01/07/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Universidade do Porto
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences moléculaires de Marseille (ISM2) - Investigação e Inovação em Saúde, I3S (Université de Porto)
• Jury : Président / Présidente : Aires, de Oliva Teles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katia Duquesne, Robert Kourist
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Poul Erik Jensen, Anabela Cordeiro da Silva

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spécialités pharmaceutiques

Cytochrome P450

Cyanobactéries

Biocatalyse

Génie chimique

Mots clés libres

Cyanobactéries

Photobiocatalyse

Monooxygénases du cytochrome P450

Synechocystis

Produits pharmaceutiques

Cyanobacteria

Photobiocatalysis

Cytochrome P450 monooxygenases

Synechocystis

Pharmaceuticals

Résumé

Les cyanobactéries drainent une attention grandissante en tant que photo-biocatalyseurs répondant aux critères de la Chimie Verte. Elles sont capables de croître en utilisant uniquement la lumière et le CO2 comme sources d’énergie et de carbone. L’ajout de donneurs d’électrons sacrificiels (ie glucose) pour le recyclage du cofacteur NADPH d’oxydoréductases n’est pas nécessaire car celui-ci est régénéré par des électrons issus de l'oxydation photosynthétique de l'eau tandis que les oxygenases peuvent utiliser le dioxygène produit in-situ lors de la photosynthèse. Une souche de Synechocystis sp. PCC 6803, modifiée pour exprimer CYP153A6, un cytochrome P450, hydroxyle sélectivement le limonène, substrat bon marché et largement disponible, en l'alcool périllylique, utilisable comme arôme ou médicament. Une autre souche, exprimant le seul CYP110D1 et non les protéines porteuses d'électrons de ce cytochrome P450, catalyse l'hydroxylation regiosélective de la testostérone en 15β-hydroxytestostérone, davantage biodisponible et adapté aux formulations orales. L’activité (1 U gCDW-1) est deux fois plus grande que celle des réactions biocatalysées par la bactérie Escherichia coli. Une protéine de fusion CYP110D1- Fed1, une des ferrédoxines natives de Synechocystis, a également été conçue, visant à canaliser plus efficacement les électrons du photosystème I vers la monooxygénase.Ce travail a démontré l'efficacité des cyanobactéries modifiées exprimant des cytochromes P450 lorsqu’elles sont utilisés en tant que biocatalyseurs dans des procédés à cellules entières. Elles permettent la production durable de produits de grande valeur, tels que les produits pharmaceutiques

Cyanobacteria are attracting growing attention as photo-biocatalysts meeting the criteria of Green Chemistry. They are able to grow using only light and CO2 as energy and carbon sources. The addition of sacrificial electron donors (i.e. glucose) for the recycling of the NADPH cofactor of oxidoreductases is not necessary because it is regenerated by electrons from the photosynthetic oxidation of water, while the oxygenases can use the oxygen produced in-situ during photosynthesis. A strain of Synechocystis sp. PCC 6803, modified to express CYP153A6, a cytochrome P450, selectively hydroxylates limonene, a cheap and widely available substrate, to perillyl alcohol, usable as a flavor or drug. Another strain, expressing only CYP110D1 without any electron-carrier proteins of this cytochrome P450, catalyzes the regioselective hydroxylation of testosterone to 15β-hydroxytestosterone, which is more bioavailable and suitable for oral formulations. The activity (1 U gCDW-1) is twice as high as that of the reactions biocatalyzed by the bacterium Escherichia coli. A CYP110D1-Fed1 fusion protein, one of the native Synechocystis ferredoxins, was also designed, aiming to channel photosystem I electrons more efficiently to monooxygenase. This work demonstrated the efficacy of modified cyanobacteria expressing cytochromes P450 when used as biocatalysts in whole-cell processes. They enable the sustainable production of high-value products, such as pharmaceuticals