Synthèse enzymatique d’hydroxycétones valorisables

L’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF) regroupant 120 personnels permanents et environ 150 personnels non permanents et a comme tutelles l'Universitaire clermont  Auvergne (UCA), le CNRS, l'Institut natioanal polytechnique (INP) et le CHU de Clermont-Ferrand. L'ICCF se situe sur le campus universitaire des Cézeaux à Aubière (63).

Les activités de l'ICCF se caractérisent par un fort partenariat avec des grands groupes industriels et des PME/PMI. et l'Instituts’appuient sur un parc instrumental étendu pour la modélisation, l’analyse et la caractérisation des molécules et des solides. 

Les activités de recherche développées à l'ICCF sont pluridisciplanaires et permettent de répondre à des enjeux  sociétaux majeurs dans trois domaines d’interface :

L’axe Chimie pour le Vivant a ciblé la conception et l’étude du potentiel biologique de molécules (anticancéreuses ou antalgiques) du niveau enzymatique, au niveau cellulaire jusqu’à l’animal et l’Homme en privilégiant des stratégies de synthèses performantes (biocatalyse, chimie douce, click chemistry) et des procédés innovants (biomatériaux, vectorisation pour l’imagerie, biocatalyseurs supportés, biocapteurs).

La Chimie et l'Environnement focalise ses activités sur le devenir (transferts et transformations) des polluants chimiques dans les compartiments Eau/Végétation/Sol, sur l’étude bio-physico-chimique des nuages et sur le développement de procédés de production et de traitements écocompatibles utilisant les liquides ioniques ou des matériaux avancés.

L’axe Chimie et Matériaux met au cœur de ses activités l’élaboration et la mise en forme de nouveaux matériaux innovants (nanocomposites polymères-HDL, nanomatériaux fluorés, matériaux hybrides et biomatériaux, nanoparticules luminescentes, matériaux biosourcés, polymères) et l’étude de leurs performances et de leur durabilité pour des applications en stockage et transmission d’énergie, photovoltaïque, imagerie, traitement de surface et durabilité des polymères, détection.

Contexte

Ce stage de master s’intègre dans le projet HYCAT financé par l’Agence National de la Recherche (ANR) et se déroulera à l'Institut de Chimie de Clermont Ferrand (ICCF) dans le groupe du Pr. L. Hecquet spécialisé en biocatalyse. Ce stage pourrait être poursuivi par la préparation d'un doctorat dans ce mêrme groupe de recherche.

Le sujet porte sur la synthèse par voie enzymatique d'hydroxycétones valorisables dans le domaine de la pharmacie, de la chimie fine aussi en tant qu’édulcorants et arômes. L’utilisation d’enzyme en synthèse organique permet de répondre aux critères de la chimie verte (conditions douces, réaction dans l’eau à température modérée et à pression atmosphérique, pH proche de la neutralité) tout en contrôlant la stéréosélectivité. Ce dernier point est important car la modulation des configurations des différents centres asymétriques peuvent conduire à de nouvelles propriétés biologiques.

Objectif et stratégie

La stratégie de synthèse fera intervenir l’enzyme transcétolase (TK) pour catalyser la formation stéréospécifique d’une liaison C-C qui pourra être utilisée seule ou dans des cascades en présence d’autres enzymes ou catalyseurs chimiques. Pour améliorer son activité, la transcétolase sera modifiée par mutagenèse au niveau de positions déterminés par modélisation moléculaire en collaboration avec la plateforme de modélisation de l’ICCF. Des banques d’enzymes mutées au niveau des postions choisies seront ensuite générées par le service microbiologie de l’ICCF. La personne recrutée aura en charge de sélectionner les enzymes les plus actives en présence des substrats d’intérêt grâce à des tests spécifiques puis de les purifier et de les utiliser pour réaliser les synthèses des alpha-hydroxycétones à l’échelle préparative. De plus, l’immobilisation de l’enzyme seule ou couplée aux autres catalyseurs pourra être envisagée. Les produits synthétisés seront purifiés par chromatographie et caractérisés par RMN, MS et GC-MS.

Techniques utilisées : extraction d’enzymes à partir de microorganismes et purification, tests enzymatiques par spectrophotométrie (UV-visible), caractérisation des molécules par RMN, MS, GC chirale.

Le candidat sera inscrit en master 2 ou en double cursus d'école d'ingénieur. Il aura des compétences en chimie organique et si possible en enzymologie, biochimie. Il aura en charge la purification d'enzymes, le criblage de banques d'enymes mutées par des techniques spectrophotométriques, la mise en oeuvre des synthèses en présence des enzymes mutées et des substrats appropriès, la purification et l'identification des produits par RMN, MS.