Production photocatalytique d'hydrocarbures utilisant l'acide gras photodécarboxylase – GreenCatFAP

Le projet associe la conception rationnelle, la mutagenèse aléatoire, les calculs de chimie computationnelle et la modélisation moléculaire afin de générer des variants de FAP. Ceux-ci sont étudiés par des approches de biochimie et de biophysique (notamment les spectroscopies et la cristallographie résolues dans le temps), afin d’évaluer leur photostabilité, leur activité catalytique et leur spécificité de substrat.

Le consortium s’est renforcé sur le plan des ressources humaines : P1, P2 et P3 ont recruté des doctorants (P1 : Théodore Michielin, P2 : Lison Royer and P3 : Elsa Balduzzi); P4 recherche actuellement un postdoctorant.

Le projet a déjà produit des résultats scientifiques majeurs, avec plusieurs publications soutenues par le financement ANR GreenCatFAP. Trois articles récents du consortium illustrent l’avancée des travaux sur le mécanisme et la photoréactivité de FAP :

- Michielin, T. C. L., Romero, J. J., Royer, L., D’Mello, V. C., Llansola-Portoles, M. J., Sorigué, D. R.* Müller, P.* Different Photons, Same Chemistry: Identical Mechanism and Efficiency of Fatty Acid Photodecarboxylase under Blue and UV Excitation. ACS Catalysis 2026, doi: 10.1021/acscatal.6c04891.

- Bonvalet A., Balduzzi E., Légeret B., Antonucci L., Samire P., Solinas X., Peltier G., Beisson F., Müller P., Joffre M., Hienerwadel R., Vos M. H., Berthomieu C., Aleksandrov A., Sorigué D. R.* Dynamics and Catalytic Conversion of the CO2 Coproduct in Fatty Acid Photodecarboxylase. ACS Catalysis 2026, 16(6), 5744-5756.

- Vos M. H.*, Balduzzi E., Sorigué D., Aleksandrov A.* Ultrafast photooxidation of semireduced flavin in fatty acid photodecarboxylase. Science Advances 2025, 11, eadz1904.

La cristallographie aux rayons X en série et macromoléculaire a été utilisée pour étudier les dommages spécifiques causés par le rayonnement X aux substrats d’acides gras au sein de la FAP cristalline. Il a été constaté que le substrat présent au niveau du site actif subit une décarboxylation rapide sous l’effet d’une irradiation aux rayons X en l’absence de lumière. À l’inverse, le substrat du site périphérique s’est révélé radiorésistant. Il semble que la photodécarboxylation puisse être reproduite par la radiodécarboxylation, ce qui constitue une approche orthogonale pour évaluer la photo(radio)stabilité des variants de la FAP à générer. Un article décrivant ces résultats est en cours de finalisation en vue de sa soumission:

- Rios-Santacruz R., Coquelle N., Gromov E., Hadjidemetriou K., Blangny S., Andreas J., Bury C., Garman E.F., Sorigué D., Burghammer M., Domratcheva T., Colletier J.P., Weik M., Mimicking Photoactivation: X-ray–Induced Decarboxylation in Fatty Acid Photodecarboxylase.

Ensemble, ces travaux renforcent la compréhension du mécanisme catalytique de FAP et consolident la base nécessaire à son ingénierie.

Les travaux se poursuivent pour identifier des variants combinant une meilleure photostabilité et une activité accrue sur des acides gras courts.

Lison Royer développe une méthode de criblage colorimétrique fondée sur la variation de pH induite par la photodécarboxylation des acides gras et la protonation consécutive du radical alkyle formé. Cette méthode permettrait de cribler à haut débit l’activité catalytique de variants de la FAP.

En parallèle, Théodore Michielin étudie la possibilité de stabiliser l’état actif et oxydé du cofacteur flavinique de la FAP en appliquant un potentiel électrique à une solution de FAP en présence de médiateurs rédox appropriés.

Finalement, Elsa Balduzzi étudie la spécificité de liaison de la FAP de type sauvage vis-à-vis de substrats d’acides gras et des n-alcanes correspondants de différentes longueurs de chaîne, afin de mieux comprendre les étapes limitantes du cycle catalytique pour les substrats à chaîne courte et moyenne en comparaison avec les acides gras à longue chaîne. En parallèle, elle utilise des approches de conception computationnelle des protéines pour identifier des mutations de la FAP susceptibles d’améliorer ses interactions avec les acides gras à chaîne moyenne et d’optimiser son efficacité catalytique.

Les nouveaux biocatalyseurs basés sur la FAP pourront à terme être intégrés à des procédés de conversion d’huiles in vitro ou in vivo dans des microorganismes hétérotrophes et/ou photosynthétiques cultivés en photobioréacteurs. GreenCatFAP ouvre ainsi des perspectives pour la production plus durable d’hydrocarbures biosourcés.