​Pour faire face à la forte demande en amines des industries pharmaceutiques, agrochimiques et plus généralement des industries de chimie fine et de gros tonnages, de nouveaux procédés durables de synthèse d'amines doivent être développés en prenant en compte les challenges économiques et environnementaux actuels. La biocatalyse, qui consiste en l'utilisation d'enzymes pour la synthèse, représente une alternative plus verte aux procédés chimiques conventionnels tout en contribuant à certains des objectifs de développement durable des Nations Unies.

La biocatalyse permet de travailler de manière catalytique dans des conditions douces et de bénéficier de la chimio- et stéréo-sélectivité des enzymes.

D'abord centrées autour des lipases et des transaminases, les solutions biocatalytiques pour la synthèse d'amines se sont étendues dans les années 2015 avec la découverte d'enzymes catalysant l'amination réductrice de composés carbonylés.

En 2019, en collaboration avec la Plateforme de Criblage des Activités de Bioconversion du Genoscope, l'équipe biocatalyse du Laboratoire de Biocatalyse, Bioremédiation et Métabolisme Synthétique (L2BMS/UMR8030/Genoscope) découvre par exploration de la biodiversité bactérienne, des enzymes natives de type amines déshydrogénases (nat-AmDHs). Les nat-AmDHs catalysent l'amination réductrice asymétrique de cétones par la seule utilisation d'une source d'amine peu coûteuse, l'ammoniac, et d'un cofacteur régénérable (le NAD(P)H). Elles favorisent la formation de l'amine (S), rarement décrite avec d'autres familles d'enzymes catalysant la même réaction.

Pour répondre aux critères de développement des biocatalyseurs dans l'industrie, des études complémentaires sont menées pour explorer les possibilités catalytiques de ces enzymes et découvrir de nouveaux homologues.

C'est dans ce contexte que l'équipe de biocatalyse du L2BMS, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Delft, vient de mettre en évidence une caractéristique clé de la famille des nat-AmDHs, à savoir la capacité de certaines enzymes de cette famille à catalyser la céto-réduction, réaction de réduction des mêmes cétones en alcools correspondants et ceci en l'absence d'ammoniac (KRED).

Des études de modélisation structurale (réalisées en collaboration avec le Laboratoire des Analyses Bio-informatiques pour la Génomique et le Métabolisme /UMR8030/Genoscope) et d'analyse des constantes de cinétiques ont apporté des éléments de réponses justifiant la dépendance de cette activité selon le couple enzyme/substrat de la réaction. 

Cette double activité peut être avantageuse dans des schémas de synthèse où les activités AmDH et KRED pourraient être alternativement désactivées ou activées en fonction des conditions de réaction.

Ces résultats ont été publiés dans le journal Frontiers in Catalysis.

L'exploration de cette famille d'enzymes se poursuit et a permis d'identifier de nouvelles AmDHs avec d'autres caractéristiques, toujours dans un but de cribler au mieux la biodiversité et d'étendre les applications de ces enzymes en chimie de synthèse.

Ce travail est financé par les projets MODAMDH (ANR-19-CE07-0007) et ALADIN (ANR-21-ESRE-0021).