Projet ANR-14-CE06-0027 – Reset : Mini voie de biosynthèse des terpènes
Programme : Chimie durable, génie chimique et biotechnologie (DS0304) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Gilles Iacazio (Institut des Sciences Moléculaires de Marseille)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Divers public; SOC CHARABOT SA; PME
Montant : 611081.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Les terpènes représentent la classe de composés naturels la plus abondante avec plus de 50000 structures décrites. Ces molécules sont très attractives d'un point de vue industriel en raison de leurs activités biologiques (artémisinine, taxol…), de leurs propriétés organoleptiques et de leurs caractéristiques physico-chimiques (caroténoïdes, caoutchouc…). En tant que produits naturels, l'accès industriel aux terpènes dépend encore largement de l'extraction de sources naturelles telles que les plantes (menthe, camphrier, laurier, carotte, hévéa…). Alors que cette approche est économiquement valable pour l'obtention de terpènes simples et abondants tels le menthol, le camphre ou le carotène, l'accès à des composés plus complexes tels que l'artémisinine ou le taxol est un problème récurrent en raison de la très faible concentration in planta et de la nécessité d'assurer un développement durable en relation avec la protection de la biodiversité. Bien que la synthèse chimique puisse être une solution au problème de l'accès à ce type de terpènes, la complexité structurale des sesqui- et des di-terpènes rend leur synthèse chimique laborieuse et économiquement trop coûteuse. De plus le caractère naturel d'un composé produit par synthèse chimique est perdu ce qui pose problème pour certaines industries. Ainsi pour des raisons à la fois économiques, environnementales et de régulations, la production industrielle des terpènes doit passer de l'extraction ou de la synthèse chimique à des bioprocédés écologiquement responsables.
Les terpènes sont produits par la quasi-totalité des organismes vivants et leur biosynthèse est basée sur l'apport de dérivés pyrophosphates de terpénols simples tels que l'isopenténol, l'alcool de diméthylallyl, le géraniol, le farnésol et le géranylgéraniol aux terpènes transférases et synthases, ces dernières étant impliquées dans la génération des différents squelettes terpéniques hydrocarbonés. Alors que la Nature utilise respectivement soit l'acétyl-CoA dans la voie du mévalonate (6 enzymes) soit le glycéraldéhyde-3-phosphate et le pyruvate dans la voie non-mévalonate (7 enzymes) nous nous sommes demandés si une voie hemi-biosynthètique enzymatique et/ou microbienne d'accès aux terpénoïdes pouvait être construite. Cette route devrait s'affranchir de l'utilisation des voies du mévalonate et du non-mévalonate en utilisant directement comme substrat des terpénols industriels tels que l'isopenténol et le diméthylallyl alcool, soit naturels tels que le farnésol.
Le projet RESET a donc pour but de construire une nouvelle mini-voie de biosynthèse des terpènes, in vivo ou in vitro en fonction de la cible terpénique choisie, et en utilisant comme substrat des terpénols industriels en C5 (prénol et isoprénol, > 10000 tonnes/an) ou le farnésol naturel en C15. Ces précurseurs seront dans un premier temps transformés in vivo ou in vitro en leurs dérivés pyrophosphates précurseurs universels de tous les terpènes grâce à 2 kinases. Dans un deuxième temps ces dérivés pyrophosphates seront transformés par des transférases et des terpène synthases en hydrocarbures terpéniques, terpènes aromatiques ou caoutchouc de haute masse molaire. Les gènes codants ces différentes enzymes (3 à 4 en fonction du produit final) sont connus. L’originalité est d'utiliser ces enzymes dans une voie totalement nouvelle, de manière à développer un bio-accès industriel simple, nouveau, sûr, performant et très efficace à de très nombreux terpènes d'intérêt. Les produits cibles seront des hydrocarbures terpéniques d'intérêt industriel (santalene, germacrene), un dérivé aromatique prénylé, la tryprostatine B, et du caoutchouc de haute masse molaire. En effet le projet est conçu pour avoir la plus grande applicabilité possible (i.e. conduisant au plus grand nombre de structures prénylées ou terpéniques) tout en étant le plus possible en relation avec le développement durable et basé sur la connaissance ainsi que la protection et la valorisation de la biodiversité.