none

Comprendre comment les mutations impactent l’activité d’une protéine reste un défi dans le domaine des sciences protéiques. Les méthodes biochimiques traditionnellement utilisées pour résoudre ce type de questionnement sont très puissantes mais sont laborieuses à mettre en œuvre. Des approches bioinformatiques ont été développées à cet égard pour surmonter ces contraintes. Dans cette thèse, nous explorons l'utilisation d'approches bioinformatiques pour comprendre le lien entre mutations et changements d'activité. Notre modèle d'étude est une enzyme bactérienne, la sucrose phosphorylase de Bifidobacterium adolescentis (BaSP). Cette glycosyl-hydrolase de la famille 13 (GH13) suscite l’intérêt de l'industrie en raison de sa capacité à synthétiser des disaccharides et des glycoconjugués originaux. Son activité consiste à transférer un glucose d'un donneur, le saccharose, à un accepteur qui peut être un monosaccharide ou un aglycone hydroxylé. La réaction enzymatique se déroule selon un mécanisme dit « double déplacement avec rétention de configuration », ce qui nécessite la formation d'un intermédiaire covalent dit glucosyl-enzyme. Cependant, la possibilité de contrôler la régiosélectivité de ce transfert pour qu'il soit applicable au niveau industriel est un enjeumajeur. Cette thèse vise d’une part, à fournir une explication rationnelle quant aux modifications de la régiosélectivité de BaSP apportées par des mutations et d’autre part à proposer un canevas pour le contrôle de la régiosélectivité de couplage en vue de la synthèse de disaccharides pré-biotiques rares comme le kojibiose et le nigerose. Dans notre approche, nous avons émis l'hypothèse que les orientations préférées de l'accepteur dans le site catalytique après formation du glycosyl-enzyme déterminent la régiosélectivité de l'enzyme. Nous avons utilisé des approches computationnelles pour étudier l'impact des mutations sur la liaison de l'accepteur à l'intermédiaire covalent, le glucosylenzyme. À cette fin, nous avons construit des modèles à l’échelle atomique du glucosyl-enzyme pour un ensemble de variants de la BaSP pour lesquels des données expérimentales étaient disponibles. Pour y parvenir, nous avons paramétré le glucosyl-aspartyle en tant que nouveau résidu et les avons intégré dans des outils de modélisation tels que Modeller et Gromacs. Nous avons évalué la pertinence de ces paramètres et les avons ensuite appliqués à la vérification de notre hypothèse de travail par le biais d’expériences d'ancrage moléculaire. La méthodologie utilisée dans ce travail ouvre la perspective de l'utilisation d'approches bioinformatiques pour l'ingénierie de la régiosélectivité de la sucrose phosphorylase et plus généralement des glycosylhydrolases possédant un mécanisme similaire. À cet égard, un pipeline de modélisation moléculaire et d'amarrage de molécules accepteurs sur des intermédiaires covalents des enzymes de cette famille (ENZO pour Optimisation d’ENZyme) a été développé au cours de cette thèse. Son application à l’ingénierie d’autres variants de BaSP est en cours. / In this thesis, we explore the usage of computational approaches for understanding the link between mutations and changes in protein activity. Our study model is a bacterial sucrose phosphorylase enzyme from Bifidobacterium adolescentis (BaSP). This glycosyl hydrolase from family 13 (GH13) has been a focus in the industry due to its ability to synthesize original disaccharides and glycoconjugates. In fact, its activity is to transfer a glucose moiety from a donor sucrose to an acceptor which can be a monosaccharide or a hydroxylated aglycone. The enzymatic reaction proceeds by a double displacement with retention of configuration mechanism whereby a covalent glucosyl-enzyme intermediate is formed. However, it is at stake to control the regioselectivity of this transfer for it to be applicable at industrial level. This thesis aimed at providing a rational explanation for the observed impact of mutations on the regioselectivity of BaSP in view of controlling the synthesis of rare pre-biotic disaccharides like kojibiose and nigerose. We hypothesized that the preferred orientations of the acceptor determines the regioselectivity of the enzyme. In that respect, we used computational approaches to investigate the impact of mutations on the binding of the acceptor to the glucosyl-enzyme intermediate. The methodology used in this work opens the perspective of using computational approaches for engineering the regioselectivity of of glycosyl hydrolases with similar mechanism.

A indústria biotecnológica vem ganhando destaque em função das negativas atreladas ao uso de recursos fósseis. Nesse cenário, o Brasil se destaca por seu programa de produção de bioetanol bem estabelecido e pelo uso de cana-de-açúcar como matéria prima barata. O presente trabalho construiu Saccharomyces cerevisiae transgênicas para aprodução de compostos de interesse econômico cuja biossíntese consome energia livre (ATP). Para tanto, a expressão de proteínas heterólogas e engenharia evolutiva foram realizadas em levedura de modo que a produção de determinados compostos se torne energicamente viável. / The biotechs industry is a growing field since fossil resources are being attached to ecological and geopolitical constraints. In this scenario, Brazil has a major role due to its large experience in the bioethanol industry and sugarcane use as a cheap feedstock. The aim of this work is to optimize Saccharomyces cerevisiae allowing them to occupy a new niche: the production of economically valuable chemicals that require cellular free energy (ATP) on their biosynthesis. In this context, heterologous protein expression and evolutionary engineering were done. Therefore, this work will potentially contribute to make certain energy demanding chemicals production economically viable.

A indústria biotecnológica vem ganhando destaque em função das negativas atreladas ao uso de recursos fósseis. Nesse cenário, o Brasil se destaca por seu programa de produção de bioetanol bem estabelecido e pelo uso de cana-de-açúcar como matéria prima barata. O presente trabalho construiu Saccharomyces cerevisiae transgênicas para aprodução de compostos de interesse econômico cuja biossíntese consome energia livre (ATP). Para tanto, a expressão de proteínas heterólogas e engenharia evolutiva foram realizadas em levedura de modo que a produção de determinados compostos se torne energicamente viável. / The biotechs industry is a growing field since fossil resources are being attached to ecological and geopolitical constraints. In this scenario, Brazil has a major role due to its large experience in the bioethanol industry and sugarcane use as a cheap feedstock. The aim of this work is to optimize Saccharomyces cerevisiae allowing them to occupy a new niche: the production of economically valuable chemicals that require cellular free energy (ATP) on their biosynthesis. In this context, heterologous protein expression and evolutionary engineering were done. Therefore, this work will potentially contribute to make certain energy demanding chemicals production economically viable.