Bioconversion et développement durable - Activités de recherche

Évolution moléculaire dirigée des réactifs

Amélioration du processus de transformation du chanvre industriel

La biodégradation bactérienne "contrôlée" des contaminants environnementaux

Nouvelle génération de mono-oxygénases de Baeyer-Villiger comme bioréactifs

Tolérance aux solvants et utilisation de Rhodococcus comme plateforme de bioproduction en système biphasique

Évolution moléculaire dirigée des réactifs

Personne ressource : Peter Lau
Tél. : (514) 496-6325
Courriel : peter.lau@cnrc-nrc.gc.ca

Souvent, les enzymes natives ne peuvent pas être commercialisées tant que des améliorations génétiques leur permettant, par exemple, de tolérer les conditions des procédés (amélioration de la thermostabilité) et/ou d'augmenter leur sélectivité n'ont pas été apportées. La technique de l'évolution dirigée ou de réarrangement de l'ADN (DNA shuffling) a révolutionné le domaine de la "conception d'enzymes" en permettant d'améliorer la performance d'enzymes dans un milieu donné. Le groupe Bioconversion et développement durable a récemment cloné un gène qui encode, chez le Bacillus cereus ATCC 14579, une nouvelle estérase capable de résolution racémique et qui permet la production d'une sous-unité d'un composé présentant une activité antibiotique contre des bactéries à gram-positif et à gram-négatif. En utilisant la technique par PCR sujette à l'erreur pour effectuer l'évolution dirigée et en développant un essai de criblage à haut rendement en plaque de 96 puits, le groupe a réussi à obtenir deux variantes de cette enzyme chez lesquelles la thermostabilité a été améliorée, par rapport à la source native. De plus, l'exploration de données génomiques contenues dans une banque de séquences nucléotidiques d'origine microbienne a permis d'identifier de nouveaux candidats pouvant servir de bioréactifs novateurs. Parmi ces candidats, le groupe a récemment choisi une estérase identifiée chez un organisme thermophile. Des travaux de clonage ont été entrepris afin de déterminer les propriétés de cette enzyme.

Amélioration du processus de transformation du chanvre industriel

Personne ressource : Peter Lau
Tél. : (514) 496-6325
Courriel : peter.lau@cnrc-nrc.gc.ca

Il existe actuellement une demande accrue d'utilisation des ressources renouvelables, qui tout en contribuant à l'émergence de la bioéconomie, pourront servir de substrat pour la bioproduction. Parmi ces ressources, les résidus agricoles et forestiers présentent un intérêt majeur. Les fibres naturelles sont d'une grande utilité pour l'industrie du textile et pour la fabrication de composés. Le chanvre industriel est, par exemple, utilisé pour la fabrication de vêtements, de panneaux d'automobile et d'hélices pour éolienne. Traditionnellement, l'extraction alcaline (traitement chimique) est utilisée pour la transformation des fibres du chanvre. Toutefois, les méthodes chimiques, comme l'utilisation de la soude caustique (NaOH), endommagent non seulement les fibres, mais nécessitent de grands volumes d'eau. Le groupe Bioconversion et développement durable effectue des recherches visant à mettre au point des processus verts pour la transformation du chanvre industriel. Au moyen d'approches moléculaires modernes, telles que l'évolution dirigée, ce projet vise à améliorer les pectinases naturelles et à les rendre plus performantes. Pour ce faire, le groupe poursuit d'importants travaux visant à cloner des gènes de pectinases nouvelles et efficaces provenant de micro-organismes isolés de différents milieux. L'élaboration de ce biocatalyseur a d'importantes conséquences non seulement pour le traitement d'autres fibres naturelles, telles que le lin, mais aussi pour l'industrie alimentaire animale.

La biodégradation bactérienne "contrôlée" des contaminants environnementaux

Personne ressource : Peter Lau
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Courriel : peter.lau@cnrc-nrc.gc.ca

Il est toujours nécessaire d'isoler et de caractériser les micro-organismes se trouvant dans l'environnement, non seulement parce que cela nous permet de parfaire nos connaissances sur la diversité microbienne ou sur la structure des communautés, mais aussi parce que cela nous permet de découvrir de nouvelles propriétés métaboliques ou biocatalytiques. Une fois localisés et/ou isolés, les gènes codant pour ces nouvelles propriétés métaboliques ou biocatalytiques peuvent, au besoin, être manipulés. Si un gène particulier est désiré, il peut être surexprimé. En revanche, s'il ne l'est pas, il peut être supprimer ou désactiver par des transposons. De plus, sa régulation peut être déréprimé s'il s'avère que ce gène est contrôlé par une molécule répresseur. Le concept de biodégradation "contrôlé " évoque la manipulation génétique de voies cataboliques utilisée dans le but de bloquer toute activité métabolique à une étape pré-déterminée de façon à favoriser l'accumulation d'un produit donné. Dans le cadre d'une collaboration avec l'Université Kansai, consacrée au métabolisme de composés nitroaromatiques, le groupe Bioconversion et développement durable utilise deux enzymes clés de la voie catabolique de l'acide 2-nitrobenzoique, comme intermédiaires possibles pour la bioproduction d'un antioxydant naturel ainsi que d'autres produits.

Nouvelle génération de mono-oxygénases de Baeyer-Villiger comme bioréactifs

Personne ressource : Peter Lau
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Courriel : peter.lau@cnrc-nrc.gc.ca

Les mono-oxygénases de Baeyer-Villiger (BVMO) représentent la solution naturelle de remplacement pour la réaction abiotique Bayer-Villiger. La réaction abiotique est bien connue puisqu'elle transforme des cétones en esters ou en lactones. Toutefois, elle génère généralement plus de résidus que de produits. Les BVMO permettent à la fois d'éviter l'utilisation d'oxydants chimiques nocifs et instables et d'offrir des niveaux élevés d'énantiosélectivités pour un nombre varié de structures de cétones. Le groupe Bioconversion et développement durable travaille en collaboration avec l'Université Kansai au Japon afin de mettre au point une nouvelle génération de BVMO en mesure de compléter la mono-oxygénase de la cyclohéxanone (CHMO) communément utilisée dans les biotransformations synthétiques. Cette collaboration a permis l'isolement de deux enzymes, la mono-oxygénase de la cyclopentanone (CPMO) et la mono-oxygénase de la cyclodédacanone (CDMO), qui reconnaissent différentes molécules cycliques et qui induisent des énantiosélectivités très différentes. Cette recherche vise à augmenter considérablement le répertoire existant des BVMO connues, tout en utilisant le profilage de substrats en vue d'augmenter l'impact pratique des BVMO en chimie organique préparatoire. Lors de ces études de biotransformation, des cellules entières et des enzymes purifiées sont utilisées. Généralement, les BVMO représentent la deuxième étape de la dégradation microbienne des hydrocarbures alicycliques en produits inoffensifs. Les différentes voies de dégradation des hydrocarbures alicycliques offrent la possibilité d'ouvrir les molécules cycliques des composés cycloparaffiniques présents dans des carburants. L'ouverture des molécules cycliques améliore la qualité d'allumage du carburant, tout en réduisant le volume de microparticules dispersées dans l'atmosphère. Des recherches sont actuellement en cours afin d'isoler le locus génétique complet de la voie de dégradation de la mono-oxygénase cyclodédacanone dans la souche HI-70 de Pseudomonas sp. Ces recherches pourraient mener à la bioproduction de l'acide 1,12-dodécanédioique, un acide dicarbolyxique plus efficace que l'acide adipique dans la synthèse du nylon.

Tolérance aux solvants et utilisation de Rhodococcus comme plateforme de bioproduction en système biphasique

Personne ressource : Peter Lau
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Courriel : peter.lau@cnrc-nrc.gc.ca

Plusieurs bioproduits à valeur ajoutée (par ex. le vinyle guaiacole, un isolat de saveur) nécessite l'utilisation de solvants organiques du fait de leur hydrosolubilité faible ou absente. De plus, la bioproduction de ces composés hydrophobes par des bactéries peut être sérieusement entravée par leur activité destructrice sur les membranes cellulaires. Pour pallier ce problème, le groupe Bioconversion et développement durable développe une souche de Rhodococcus qui se caractérise par sa versatilité et par sa tolérance aux solvants. Cette approche pourrait permettre de créer une nouvelle plateforme pour la bioproduction. Le Rhodococcus est une bactérie à gram-positif principalement connue pour ses applications dans les domaines de la biodésulfuration des produits pétroliers, de la biodégradation de polluants organiques persistants tels que les polychlorobiphényles (PCB) et de la production industrielle de l'acrylamide. Le groupe emploie également un système de culture biphasique en bioréacteur pour relever les défis posés par la stabilité biocatalytique et la récupération des produits in situ.

Information pertinente

Instituts:

• Institut de recherche en biotechnologie du CNRC