Conception d'un réacteur monolithique à enzymes immobilisées pour la production de poly- et oligosaccharides fonctionnels

Designing monolithic immobilized enzyme reactors for producing functional poly- and oligosaccharides

• Auteur / Autrice : Xiaoyang Hou
• Direction : Guillaume Pierre, Pascal Dubessay
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie Biologique
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)

Mots clés

Mots clés libres

Réacteurs à enzymes immobilisées (IMERs)

Laccase

Dextrane T40

Glucuronane lyase

Glucuronane

CIM® CDI disk

Immobilized enzyme reactors

Laccase

Dextran T40

Glucuronan lyase

Glucuronan

CIM® CDI disk

Résumé

Les réacteurs à enzymes immobilisées (IMER) sont des systèmes en cours d'exécution dans lesquels les enzymes sont liées à divers supports pour améliorer leur stabilité et leur réutilisation. Les CIMmultusTM CDI, qui ont été utilisés dans ce travail, sont des dispositifs chromatographiques monolithiques avec un solide carbonyl diimidazole (CDI) hautement réticulé qui peut immobiliser les enzymes en réagissant avec les N-nucléophiles dans les protéines. Les laccases (EC 1.10.3.2) sont des enzymes multicuivres catalysant l'oxydation monoélectron des composés phénoliques et formant des radicaux phénoxy pouvant être couplés à des oligomères/polymères. Le dextrane est un polysaccharide commun, à squelette Glcp lié en α-(1,6) et branches Glcp liées en α-(1,3), qui peut être facilement greffé par des groupements phénol à l'aide de laccases, formant ainsi de nouveaux conjugués aux nombreuses propriétés, notamment des activités antioxydantes. Dans cette recherche, des laccases de Trametes versicolor (38429) ont été immobilisées sur des colonnes monolithiques CIMmultusTM CDI. Les performances des laccases immobilisées (Vm et Km, activité spécifique, pH et température optimaux) ont été évaluées sur la base de leur activité d'oxydation pour l'acide 2,2'-azino-bis(3-éthylbenzothiazoline-6-sulfonique) (ABTS). Un dispositif expérimental a été réalisé pour explorer l'influence des concentrations et des débits de dextrane pour le greffage d'acide gallique sur le squelette polysaccharidique principal. Des analyses statistiques ont été utilisées pour optimiser la production de ce dextrane phénolisé. Enfin, une grande quantité (à l'échelle du gramme) de dextrane greffé au phénol, qui sert à la préparation de nouveaux matériaux biosourcés bioactifs, c'est-à-dire des films antioxydants, a été produite avec cette alternative plus verte dans les paramètres de fonctionnement optimaux.Dextrane phénolisé produit par des laccases immobilisées Le réacteur CIMmultus® CDI a montré une activité antioxydante selon le test d'inhibition du DPPH.

Immobilized enzymes reactors (IMERs) are running system where enzymes are linked to various supports to enhance their stability and reuse. CIMmultusTM CDI, which have been used in this work, are monolithic chromatographic devices with a solid highly cross-linked carbonyl diimidazole (CDI) that can immobilize enzymes by reacting with N-nucleophiles in proteins. Laccases (EC 1.10.3.2) are multicopper enzymes catalyzing the single-electron oxidation of phenolic compounds and forming phenoxy radicals that can be coupled to oligomer/polymer. Dextran is a common polysaccharide, with α-(1,6)-linked Glcp backbone and α-(1,3)-linked Glcp branches, which can be easily grafted by phenol groups using laccases, thus forming new conjugates with numerous properties, notably antioxidant activities. In this research, laccases from Trametes versicolor (38429) were immobilized on CIMmultusTM CDI monolithic columns. The performances of immobilized laccases (Vm and Km, specific activity, optimal pH and temperature) were evaluated based on their oxidation activity for 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS). An experimental design was carried out to explore the influence of the dextran concentrations and flow rates for grafting gallic acid on the main polysaccharidic backbone. Statistical analyses were used to optimize the production of this phenolized dextran. Finally, a large quantity (grams scale) of phenol grafted dextran, which is used for preparing new bioactive bio-sourced materials, i.e., antioxidant films, has been produced with this greener alternative under the optimum operating parameters.Phenolized dextran produced by immobilized laccases CIMmultus® CDI reactor showed antioxidant activity according to DPPH inhibition assay.