La vanillyl alcool oxydase est un biocatalyseur prometteur d’un point de vue réactionnel en raison de sa faible sélectivité sur les composés phénoliques substitués en position para. Elle catalyse l’oxydation d’une large gamme de dérivés 4-hydroxybenzylique, des réactions de déméthylation oxydative, de désamination, de déshydrogénation et d’hydroxylation ; notamment celle de l’eugénol. L’hydroxylation de ce dernier conduit à la formation d’alcool coniférylique. Dans le but d’utiliser l’eugénol comme substrat de biosytnhèse de dérivés vanilliques, nous avons développé, au cours de ce travail de thèse, deux souches exprimant le biocatalyseur d’intérêt : une souche de levure et une souche bactérienne.La première partie de la thèse a donc consisté à mettre au point un système d’expression pour la production de VAO dans la levure de boulanger et un procédé d’hydroxylation de l’eugénol en fermenteur. Le principal apport réside dans la construction de la souche 93645, qui contient la cassette d’expression VAO et une activité oxydase propre permettant la bioconversion de l’alcool coniférylique formé en acide férulique. En fonction des conditions de fermentation, 20 g/l d’alcool coniférylique ou 27 g/l d’acide férulique sont produits par les cultures de S. cereviaise- VAO 93645. La reproductibilité des procédés, ainsi que leur faisabilité à l’échelle pilote, ont été démontrés.Dans la seconde partie de cette étude, le même travail de clonage a été réalisé dans la souche Amycetales Streptomyces setonii ATCC 39116. La bactérie, reclassifiée en 2009 sous le nom d’Amycolatopsis sp 39116, est connue pour sa capacité à bioconvertir l’acide férulique en vanilline ; d’où l’intérêt d’exprimer l’enzyme VAO dans cette souche. Plusieurs stratégies de clonage ont été expérimentées et une souche recombinante, exprimant une activité VAO active a été obtenue. Les conditions optimales pour l'utilisation de cette dernière dans le cadre de la production de vanilline et d’alcool coniférylique ont été identifiées. Elles conduisent à la biosynthèse de 0,4 g/l vanilline et de 15 g/l d’alcool coniférylique. Les résultats mettent en évidence une activité insuffisante des oxydases de Streptomyces sur l’alcool coniférylique formé. Ce type de production n’a encore jamais été réalisé chez S. setonii et ces premiers résultats demandent encore des mises au point avec, sans doute, le clonage d’oxydases hétérologues permettant la bioconversion de l’alcool coniférylique formé en acide férulique. / Our aim was to develop a process for the biosynthesis of vanillin derivatives from eugenol.Vanillyl alcohol oxidase isolated from Peniciiiium simplissicimum, catalyzes the hydroxylation of eugenolinto coniferyl alcohol. In this study, two strains expressing the biocatalyst were constructed: a yeast,Saccharomyces cerevisiae, and a bacteria; Streptomyces setonii.It has been demonstrated that the wild strain Saccharomyces cerevisiae can bioconvert coniferyl alcohol, most probably due to its dehydrogenase activity. Strain 93645, genetically modified to expressvanillyl-alcohol oxidase, enabled us to optimize an industrial scale process for the production of natural ferulic acid.Streptomyces setonii strain ATCC 39116 was also genetically engineered to over-express VAO. Abioconversion process was developed leading to a coniferyl alcohol concentration of 15 g/1 coniferyl alcohol. The impact of several parameters; such as temperature, substrate addition mode and pH, werealso explored to improve the bioconversion reaction of coniferyl alcohol to vanillin. The amounts of product resulting from bacterial biosynthesis were however too low for implementation of an industrial process.

Généralement, diagnostiquer une pathologie donnée à un stade de développement précoce favorise le pronostic vital du patient atteint. Une telle performance nécessite de détecter des marqueurs présents à des seuils de concentrations bas dans des fluides biologiques souvent complexes. Pour détecter ces concentrations extrêmement faibles en analyte donné, la stratégie employée au cours de ce travail est l’amplification moléculaire du signal. Pour cela, différentes approches sont possibles (i) amplifier le signal issu de l’évènement de reconnaissance cible/sonde, (ii et iii) amplifier le signal par régénération ou réplication de la cible. Les stratégies conçues au cours de ce travail de thèse se focalisent principalement sur la détection de petites molécules, telles que l’eau oxygénée ou encore l’anion fluorure, mais avec à terme l’idée de les étendre à la détection indirecte de biomarqueurs ou protéines d’intérêts. La première partie de cette thèse se focalise sur l’amplification moléculaire d’un signal par une catalyse allostérique en utilisant la réaction de reconstitution d’une apoenzyme donnée avec son cofacteur tandis que la seconde partie de cette thèse repose sur la mise en place de systèmes d’amplification catalytique et auto-catalytique pour la détection d’H2O2, grâce à des dérivés pro-quinoniques porteurs de groupement acide/ester boronique. La distinction entre les systèmes catalytique et auto-catalytique se fait selon qu’H2O2 est régénéré ou amplifié au cours de la réaction. / Generally, diagnosing a given pathology at an early stage of development promotes the patient's prognosis. Such a performance requires the detection of specific markers which are present in complex biological fluids at low concentration level. To detect these extremely low analyte concentrations, the strategy employed in this work is the molecular amplification of the signal. To this end, different approaches are possible (i) amplifying the signal resulting from the target / probe recognition event, (ii and iii) amplifying the signal by regeneration or replication of the target. The strategies conceived during this thesis work mainly focus on the detection of small molecules, such as hydrogen peroxide or fluoride anion, but with the idea of extending them to the indirect detection of biomarkers or proteins of interest. The first part of this thesis focuses on the molecular amplification of a signal by allosteric catalysis using the reconstitution reaction of a given apoenzyme with its cofactor. The second part of this thesis is based on the implementation of catalytic and auto-catalytic amplification systems for the detection of H2O2, thanks to pro-quinonic derivatives bearing boronic acid/ester group. The distinction between catalytic and auto-catalytic systems is based on whether H2O2 is regenerated or amplified during the reaction.

La Chimie Verte s’engage entre autres à mettre au point des procédés plus respectueux de l’environnement et à émanciper de la pétrochimie les filières industrielles de fabrication de produits. Dans ce contexte, les enzymes représentent des alternatives de choix pour réaliser des réactions de synthèse de molécules écoresponsable à partir de la biomasse végétale. - L’endoglycocéramidase II de Rhodoccoccus sp. M-777, une glycoside-hydrolase, a été la cible d’un travail d'ingénierie du site actif afin de réorienter son activité hydrolytique vers la synthèse de polyglucosides d’alkyles, de potentiels biosurfactants. Une transglycosylase permettant d’atteindre des rendements de production de plus de 70% a été obtenue. La modélisation de la mutation permet de proposer des pistes sur les raisons de cette inversion du ratio hydrolyse/transglycosylation.- Une stratégie d'évolution dirigée a été appliquée à la féruloyle-estérase A d’Aspergillus niger pour la rendre plus résistante aux chocs thermiques et à la présence de solvants, deux propriétés requises pour utiliser cette enzyme pour des réactions de transfert dans des conditions thermodynamiquement favorables. Un catalogue d’enzymes améliorées, pour les deux propriétés, a été obtenu. L'accumulation de ces connaissances permettra de pouvoir plus efficacement rationaliser le design de biocatalyseur pour la synthèse de molécules, en accord avec les attentes de la chimie verte. / Green chemistry promotes the development of more environmentally friendly processes and the ending of polluting petrochemical industries by promoting the use of renewable resources. In this context, enzymes represent interesting alternatives catalysts for chemical transformations. Notably, they constitute tools of choice for synthesis of organic molecules from plant biomass.- Endoglycoceramidase II from Rhodococcus sp. M-777, a retaining glycoside hydrolase, was subjected to active-site remodelling in order to reorient its activity towards the synthesis of alkyl-polyglucosides, molecules with potential biosurfactant properties. Thus, an efficient transglycosylase able to reach production yield of more than 70% of alkyl-cellobiosides was obtained. A modelling study help to identify the determinants of this complete reversion of the transfer / hydrolysis ratio.- A directed evolution strategy was applied to Aspergillus niger feruloyl-esterase A, in order to make it more resistant to heat shocks and to the presence of solvents, two prerequisites to use this enzyme for transfer reactions under thermodynamically favourable conditions. This led to the establishment of a catalog of optimized enzymes for their thermostability, their solvent resistance, or both properties.These results will pave the way towards a more efficient way to rationally design biocatalysts meeting the expectations of green chemistry.

Ce travail porte sur la préparation de matériaux silicatés à porosité hiérarchisée pour l'encapsulation de molécules d'intérêt dans le domaine de la pharmacie et en tant que biocatalyseur. Afin d’atteindre cet objectif, les nano-émulsions sont choisies comme empreinte pour créer les macropores du matériau en raison de la taille homogène et réduite des gouttelettes de l’émulsion (inférieure à 100 nm). Pour cela le système Remcopal 4/décane/eau est investi en déterminant les conditions les plus optimales de formation de nano-émulsion, via les méthodes d'inversion de phases. L’ajout de micelles aux nano-émulsions ne déstabilise pas les émulsions et permet la formation d’un réseau de mésopores organisés selon une symétrie hexagonale. Les matériaux hybrides issus des matériaux poreux contenant encore la phase organique sont dopés par le ketoprofène en vue d’étudier la libération de ce dernier. Celle-ci se révèle sensible au pH. De plus, cette étude de la libération du kétoprofène à partir du matériau méso-macroporeux indique qu'elle est assistée par les micelles qui sont solubilisées dans la solution réceptrice. Le deuxième objectif de ce travail est d'utiliser ces matériaux poreux en tant que biocatalyseur pour la synthèse de biodiesel à partir d'huile de colza. Pour cette application, il est nécessaire que les matériaux résistent à l’immersion dans des milieux aqueux. L’étude de la stabilité hydrothermale a montré que le matériau calciné présente la meilleure stabilité dans l’eau bouillante. Par ailleurs, le matériau peut résister jusqu’à 550°C, la structure ne subissant que des dégradations mineures. Nous avons également utilisé un matériau silicaté à double mésoporosité préparé à partir de micelles fluorées et hydrogénées coexistant dans une même solution. L'évaluation thermique et hydrothermale indique que ces matériaux présentent deux cinétiques de déstructuration qui correspondent à chacune des deux matrices ayant deux tailles de pores différents. L’immobilisation de la lipase Mml est étudiée sur le matériau méso-macroporeux calciné et sur le matériau à double mésoporosité. Les isothermes d'adsorption ont permis de mettre en évidence que le matériau à double mésoporosité peut encapsuler plus d’enzymes que son homologue méso-macroporeux. L’activité enzymatique, au regard des réactions de transestérification, est de façon inverse plus importante avec le matériau méso-macroporeux calciné / This work concerns the preparation of silica materials with hierarchical porosity for the encapsulation of molecules of interest in the field of drug delivery and as biocatalysts. In order to reach this goal, the nano-emulsions were chosen as templates for the macropores of the material because of the homogeneous and small size of the emulsion droplets (less than 100 nm). The system Remcopal 4/decane/water was investigated and the optimal conditions for which nano-emulsion is formed via the phase inversion methods were determined. Adding micelles to the nano-emulsions does not affect its stability and can form a network of mesopores organized with a hexagonal symmetry. Hybrid materials which are hierarchically porous materials where the organic phase is still present, were doped with ketoprofen to study its release, which proved to be pH sensitive. Moreover, the study of the release of ketoprofen from the meso-macroporous material indicates that it is assisted by the micelles which are solubilized in the release medium. The second objective of this work was to use these porous materials as a biocatalyst for biodiesel synthesis from colza oil. For this application it was necessary that the materials are resistant to immersion in aqueous media. The study of the hydrothermal stability shows that the calcined material has the best stability in boiling water. Moreover, the material can withstand up to 550 ° C, the structure undergoes only minor damages. We also used a dual-mesoporous silica material prepared from hydrogenated and fluorinated micelles coexisting in the same solution. Thermal and hydrothermal evaluation indicates that these materials have two different decay kinetics corresponding to each of the two matrices having different pore sizes. The immobilization of lipase Mml was studied on the meso-macroporous calcined material and the dual-mesoporous material. The adsorption isotherms were used to demonstrate that the dual-mesoporous material can encapsulate more enzymes than its meso-macroporous counterpart. On the other hand, the enzyme activity, evaluated by the transesterification reactions, is more important for the calcined meso-macroporous material