Des mutations enzymatiques pour accélérer les processus industriels
Le projet XYLANASES («Xylanases as models for understanding enzymatic catalysis»), financé par l'UE, a utilisé des enzymes courantes pour étudier le rôle des résidus éloignés dans la catalyse. Les moisissures (comme la levure) et des bactéries produisent des xylanases et des glycosidases capables de dégrader l'hémicellulose, un composant majeur de la paroi des cellules végétales. Commercialement, ces enzymes sont le plus souvent utilisées dans le secteur du papier. Les membres du projet voulaient comprendre la contribution des résidus isolés d'une enzyme au processus catalytique. Les xylanases sont parmi les enzymes dont la structure et l'activité sont connues, elles sont donc idéales pour conduire de telles études. Les scientifiques ont étudié la participation de certains acides aminés dans la catalyse. Ils ont pour cela associé diverses techniques comme la mutagenèse, la semi-synthèse de protéines, la cinétique des enzymes, la résonance magnétique nucléaire (RMN) de protéines, et la cristallographe par rayons X. L'induction systématique de mutations a modifié la structure des enzymes et leur activité. Des mutations portant sur des acides aminés distants de la xylanase de Bacillus circulans ont notablement modifié l'expression et les propriétés de purification. La semi-synthèse de protéines a permis d'introduire des acides aminés autres que naturels. Les études cinétiques des mutants ont été suivies de l'analyse des structures par RMN. Les études par rayons X ont déterminé la structure 3D des mutants sélectionnés. Ainsi, les chercheurs ont pu suivre en temps réel l'inactivation et la réactivation des mutants. Pour la première fois, le projet XYLANASES a obtenu in vivo une mutagenèse d'acides aminés non naturels, sur le site voulu, dans une enzyme agissant sur les hydrates de carbone. Par rapport à l'enzyme de type «sauvage», l'activité des mutants était réduite d'un facteur 8 à 55. En outre, les mutations affectant l'inactivation et la réactivation de l'enzyme étaient différentes. L'étude par cristallographie X devrait apporter des informations sur la modulation de l'inactivation. Le projet a déterminé des conditions d'expression produisant assez de protéines intégrant des acides aminés non naturels pour les étudier par cristallographie X. La xylanase de Bacillus circulans avait déjà été cristallisée, mais pas dans des versions contenant des acides aminés non naturels. Les données de cristallographe devraient faciliter la compréhension des effets cinétiques de l'insertion d'acides aminés non naturels à des sites critiques de la xylanase.
Mots‑clés
Enzyme, mutations d'enzymes, xylanases, catalyse enzymatique, Bacillus circulans
