Caractérisation biochimique, structurale et fonctionnelle de aryl etherases – Etherase

Le premier objectif de ce projet est de caractériser une nouvelle famille de GSTs fongiques (GTE) apparentées aux aryl etherases. Les premières expériences d'expression ainsi que les analyses phylogénétiques réalisées au sein de l'UMR 1136 démontrent que cette famille de GSTs est fortement développée chez les champignons lignivores suggérant un rôle de ces enzymes dans la minéralisation de la lignine. Les études proposées portant sur la répartition et la fonction de ces enzymes permettront d?améliorer notre connaissance des communautés microbiennes impliquées dans la dégradation de la biomasse. Différentes enzymes provenant d'organismes modèles seront caractérisées biochimiquement et structuralement. De plus, la présence et l?expression des GTEs seront testées sur différents échantillons environnementaux ainsi que sur des collections fongiques, afin de développer de nouveaux bioindicateurs en direction notamment de l'industrie du bois. La biodégradation du bois reste un des problèmes majeurs que rencontre cette industrie, limitant l'utilisation de ce matériau et coûtant annuellement des millions d?euros en termes de prévention de la dégradation et de remplacement des pièces de structure. La détection de la dégradation des produits à base de cellulose et de bois (comme les ponts, les maisons individuelles ou les ouvrages publics) reste un problème majeur, particulièrement lorsque le matériau est en contact avec le sol ou exposé à l?humidité, des méthodes de détection efficaces de la dégradation restant à être mises en place. Des marqueurs moléculaires neutres ont été développés sur certaines espèces fongiques, mais la mise au point d?outils permettant une détection efficace à large spectre reste toujours d?actualité. De plus, l?identification des espèces n?est pas suffisante pour évaluer le potentiel de dégradation des champignons détectés. Enfin, comme beaucoup d?espèces ne sont pas cultivables et que la mise en culture est chronophage, des outils de diagnostic moléculaire et/ou enzymatique rendant compte d?une activité cellulosique/lignocellulosique seraient d?un grand intérêt dans différents domaines industriels comme l?utilisation du matériau bois dans le bâtiment, la production de pâte à papier ou la production d?éthanol, ?. L?abondance et la spécificité des GTEs chez les micro-organismes impliqués dans la dégradation de la lignine suggèrent que ces enzymes pourraient servir de marqueurs fonctionnels de la dégradation du bois. Le deuxième objectif de ce projet concerne la caractérisation d?enzymes extracellulaires capable d?hydrolyser les liaisons aryl-ether présentes dans la lignine et autres composés associés. Cette approche est originale puisqu?une seule enzyme fongique extracellulaire provenant d?un champignon apparenté à Chaetomium a été partiellement caractérisée à ce jour. Compte tenu de l?augmentation du prix des produits pétroliers due à l?augmentation de la demande ainsi qu?à la diminution des stocks, le besoin de sources d?énergie alternatives se fait ressentir et devrait croître dans les années futures. La première génération des biocarburants obtenus à partir de l?amidon et du saccharose a montré ses limites principalement à cause de son impact sur les filières destinées aux alimentations animale et humaine. La seconde génération de biocarburants, produite à partir de plantes entières abondantes et peu onéreuses, apparait comme une solution attrayante à ce problème. Actuellement, la production de tels biocarburants n?est pas rentable d?un point de vue économique à cause de différentes contraintes techniques, notamment l?accès à la matière fermentescible des parois de plantes. Il est largement admis que l?amélioration de l?accessibilité à la cellulose (et aux hémicelluloses) passe par la découverte de nouvelles enzymes qui pourraient être employées directement lors de son hydrolyse enzymatique de manière à faciliter son accès aux cellulases. Des enzymes capables de dégrader spécifiquement les liaisons majeures de la lignine sont indéniablement des bonnes candidates pour améliorer le processus de « saccharification », au contraire des systèmes oxydants aspécifiques. En effet, les systèmes de dégradation caractérisés jusqu?à maintenant mettent en jeu des mécanismes radicalaires générés principalement par différents systèmes enzymatiques comme les lignine peroxydases, les manganèse peroxydases, différentes oxydases? La complexité de ces systèmes impliquant un grand nombre d?enzymes à hème et demandant la production continue de peroxyde d?hydrogène limite leur utilisation à l?échelle industrielle. Différentes données suggèrent que dans la nature, les aryl-etherases sont impliquées dans la dégradation de composés issus de la biodégradation fongique de la lignocellulose, une situation similaire à celle obtenue après les prétraitements réalisés sur la biomasse pour la production de biocarburants.