Amine déshydrogénases pour la synthèse biocatalysée d’amines chirales : recherche, application et évolution

L’importante représentation des amines chirales dans les molécules biologiquement actives a entrainé une forte dynamique de recherche autour de leur synthèse stéréosélective. A l’heure où l’impact environnemental est de plus en plus considéré, les procédés biocatalytiques sont apparus comme une alternative aux synthèses chimiques, utilisatrices de métaux de transitions et ligands chiraux difficiles à éliminer. Ces voies enzymatiques d’obtention d’amines chirales optiquement pures font majoritairement appel à des lipases (résolution cinétique) et des transaminases mais ces méthodes souffrent de certains désavantages comme de la perte du co-produit de réaction (transaminase). La synthèse enzymatique d’amines chirales à partir de composés cétones et d’ammoniac comme seule source d’azote s’est finalement présentée comme un réel défi pour l’industrie en 2007. En 2012, les premières amines déshydrogénases catalysant cette réaction d’amination réductrice ont été obtenues par ingénierie protéique, mais aucun représentant naturel n’a encore été identifié et caractérisé.Les travaux effectués au cours de cette thèse ont consisté tout d’abord à explorer la biodiversité afin de découvrir des gènes codant des enzymes natives catalysant cette réaction. Par approche génomique basée sur la comparaison de séquence, plusieurs AmDHs ont été identifiées. Trois d’entre elles ont fait l’objet d’études plus approfondies : DH2B1 issue de Petrotoga mobilis, DH13B5 venant de Mycobacterium smegmatis et DH13F8 de Cystobacter fuscus. Grâce à la résolution de leur structure 3D par nos collaborateurs, mais aussi par l’établissement de leur spectre de substrat, de la création de mutant impliquant les résidus du site actif et de la détermination des constantes cinétiques, un mécanisme réactionnel a pu être proposé. Les conditions réactionnelles d’utilisation de DH2B1, DH13B5 et DH13F8 ont ensuite été optimisées pour les synthèses du (4S)-4-aminopentanoate, cis-(1S,2R)-2-méthylcyclohexyl- amine, cis-(1S,3R)-3-méthylcyclohexylamine et (2S)-pentan-2-amine, et ont permis l’obtention de ces produits avec des rendements de 35-88% et de très bons excès énantiomériques (>97%). La découverte et la caractérisation de ces enzymes ouvrent des perspectives pour la synthèse biocatalysée d’amines chirales variées par des homologues natifs ou fruit d'un travail d'ingénierie.