# Biotransformation fongique des xénobiotiques : du sol au gène

Christian Mougin, Claude Jolivalt, Veronique Chaplain

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Christian Mougin, Claude Jolivalt, Veronique Chaplain. Biotransformation fongique des xénobiotiques: du sol au gène. Rencontres des microbiologistes de l'INRA, May 2001, Dourdan, France. hal-01600764

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Submitted on 7 Jun 2020

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# Biotransformation fongique des xénobiotiques :
du sol au gène

C. Mougin, C. Jolivalt et V. Chaplain

Equipe Xénobiotiques et Environnement
Unité de Phytopharmacie et Médiateurs Chimiques
Versailles
• les xénobiotiques

- 70000 composés organiques de synthèse

- un nombre considérable de substances naturelles

• les réactions de biotransformation

- régissent la concentration, la durée de la présence et la forme
des xénobiotiques à l'intérieur et à l'extérieur de l'organisme

- en gouvernent l'expression de l'effet biologique

- peuvent conduire à des phénomènes de biodégradation
  accélérée ou de résistance

- conditionnent le devenir des xénobiotiques dans l'environnement

- et la qualité chimique des aliments
Les champignons filamenteux retenus

<table><thead><tr><th rowspan="2">Classes</th><th rowspan="2">Souches</th><th colspan="3">Systèmes enzymatiques</th></tr><tr><th>LiP,MnP<br>Lac,Cdh</th><th>P450</th><th>Réduc-<br>tases</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="5">Basidiomycètes</td><td><strong>Pourritures blanches</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td><em>Bjerkandera sp.</em></td><td>+</td><td>?</td><td>?</td></tr><tr><td><em>Trametes sp.</em></td><td>+</td><td>?</td><td>?</td></tr><tr><td><em>Phanerochaete sp.</em></td><td>+</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td><em>Pycnoporus sp.</em></td><td>+</td><td>?</td><td>?</td></tr><tr><td rowspan="2">Deutéromycètes</td><td><strong>Pourritures brunes</strong></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td><em>Lentinus sp.</em></td><td>-</td><td>?</td><td>?</td></tr><tr><td>Zygomycètes</td><td><em>Aspergillus sp.</em></td><td>-</td><td>+</td><td>?</td></tr><tr><td></td><td><em>Cunninghamella sp.</em></td><td>-</td><td>+</td><td>?</td></tr></tbody></table>
# Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques

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## Impact sur la santé humaine (mutagènes, cancérogènes)

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

**Origine :**
* géochimique, anthropogénique

* combustion incomplète de substrats carbonés

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

**Propriétés :**
* 2 à 6 cycles benzéniques (15)

* neutres

* apolaires, hydrophobes

* solubilité dans l'eau faible à nulle

* volatilité forte à nulle

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>phénanthrène</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>benzo[a]pyrène</figcaption></figure>
La solution retenue : le biotertre inoculé par des organismes exogènes (bioaugmentation)

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

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INRA

Institut National de la Recherche Agronomique
# Le biotertre

## En cours de réalisation

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## En opération

<figure><img src="image_12.png" /></figure>
# Développement d'un inoculum solide

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>## Supports colonisés par *T. versicolor*</figcaption></figure>

<figure><img src="image_14.png" /></figure>
# Transformation des HAPs : essai pilote

## Bacs de 10 kg de sol industriel non stérile

<table><thead><tr><th></th><th>support</th><th>T. vers</th><th>C/N/P</th><th>T.A.</th></tr></thead><tbody><tr><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>+</td><td>-</td></tr><tr><td>+</td><td>+</td><td>-</td><td>+</td><td>+</td></tr><tr><td>+</td><td>+</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>+</td><td>-</td><td>+</td><td>-</td><td>-</td></tr><tr><td>-</td><td>-</td><td>+</td><td>-</td><td>+</td></tr><tr><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>+</td><td>-</td></tr><tr><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td><td>-</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_15.png" /></figure>
# Les laccases

**Distribution** : champignons, bactéries, plantes, insectes

**Fonction** : dégradation de la lignine, morphogenèse, pathogenèse transformation des xénobiotiques

**Structure** : glycoprotéine dimérique ou tétramérique à 4 atomes de Cu, extracellulaire, 520 à 550 aa, 60 à 80 kDa peptide N-terminal de secrétion

**Régulation** : inhibiteurs : petits anions, métaux, acides gras, chélatants inducteurs : milieu de culture, lignine et composés apparentés, xénobiotiques
$$
\text{Réaction type : } 2\text{RH} + 1/2\text{O}_2 \rightarrow 2\text{R}^\circ + \text{H}_2\text{O}
$$

* RH = composé phénolique
oxydation, coupure de liaisons C-C, C-N,...

$$
\[
\text{couplage oxydatif}
\]
\begin{align*}
& \chemfig{*6(=-OH-=-)} \arrow{->} \\
& \chemfig{*6(=-OH-=-)} \arrow{->[HO_2C-](-[2]OH)-[6](-[1]OH)-[4](-[3]OMe)-[6](-[5]OMe)-)} \arrow{->[Cl-]} \\
& \chemfig{*6(=-OH-=-)}
\end{align*}
$$

$$
\begin{array}{c}
\text{couplage oxydatif} \\
\chemfig{*6(---OH---)} \arrow{->[HO_2C-]} \\
\chemfig{*6(---OH---)} \\
\chemfig{*6(---OH---)}
\end{array}
+ \quad
\begin{array}{c}
\text{coupure de liaisons C-C, C-N,...} \\
\text{ou} \\
\text{coupure de liaisons C-N,...}
\end{array}
$$
* RH = composé non phénolique

$$ \rightarrow \text{il faut souvent un médiateur redox : Lac + Méd } \rightarrow \text{Méd*} \\ \text{Méd*} + \text{RH} \rightarrow \text{RH}_{\text{ox}} $$

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>ABTS : Acide 2,2'-azinobis-(3-éthylbenthiazoline-6-sulphonique)</figcaption></figure>

<figure><img src="image_17.png" /></figure>
# Caractérisation électrochimique des médiateurs

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

<figure><img src="image_19.png" /></figure>
Application à la dégradation des HAPs

<figure><img src="image_20.png" /></figure>
Le site T₁ de la laccase
de de T. versicolor

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

• l'étape limitante du cycle catalytique est le transfert d'électrons du substrat vers le Cu du site T₁

• le site T₁ présente une géométrie trigonale plane

* la nature du ligand axial et la composition de la chaîne peptidique induisent des différences de géométrie du site T₁ qui se traduisent par des différences de structure électronique et de transfert d'électrons

-> répercussions sur E°, K_M, k_cat ...
La mutagenèse dirigée (Xu et al., 1998, 1999)

<table><thead><tr><th></th><th>E° (V)</th><th>mutation</th><th>E°</th><th>K<sub>M</sub></th><th>k<sub>cat</sub></th><th>F<sup>-</sup></th><th>pH</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2"><strong>Rhizoctonia solani</strong><br><sup>459</sup>H C H I D W H <u>L E A G</u> L<sup>470</sup><br>* * *</td><td rowspan="2">0,71</td><td>L<sup>470</sup>→F</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>LEA→VSG</td><td>0</td><td>-</td><td>-</td><td>≠</td><td>-1U</td></tr><tr><td rowspan="2"><strong>Myceliophthora thermophila</strong><br><sup>502</sup>H C H I A W H <u>V S G G</u> L<sup>513</sup><br>* * *</td><td rowspan="2">0,47</td><td>L<sup>513</sup>→F</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>VSG→LEA</td><td>0</td><td>-</td><td>-</td><td>≠</td><td>+1U</td></tr><tr><td rowspan="4"><strong>Trametes villosa</strong><br><sup>452</sup>H C H I D F H L <u>E A G</u> F<sup>463</sup><br>* * *</td><td rowspan="4">0,78</td><td>E<sup>460</sup>→S</td><td colspan="5">pas d'expression</td></tr><tr><td>F<sup>463</sup>→L</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>A<sup>461</sup>→E</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td><td>0</td></tr><tr><td>F<sup>463</sup>→M</td><td>-0,1</td><td>+</td><td>+</td><td>/</td><td>bas</td></tr></tbody></table>
Perspectives

* impact écotoxicologique de la valorisation agricole des boues d'épuration

• évolution dirigée des laccases

* étude des cytochromes P450 fongiques