Soutenance de thèse de STAITA Karima
Titre de thèse
Dégradation des antibiotiques par des enzymes fongiques
Antibiotics degradation by Fungal enzymes
Résumé de la thèse
La bioremédiation des antibiotiques par des souches fongiques est considérée comme une approche prometteuse. Cela est dû à la capacité des champignons à sécréter un large arsenal enzymatique, ainsi qu'à la diversité de leurs mécanismes d'action, permettant la biotransformation des antibiotiques en composés moins toxiques. Dans cette étude, nous avons évalué la capacité d'une souche fongique de la pourriture blanche, Coriolopsis gallica, à dégrader les antibiotiques de la famille des fluoroquinolones, en prenant comme modèle la lévofloxacine. Dans un premier volet, nous avons étudié le sécrétome de C. gallica pour sa capacité à biotransformer la lévofloxacine. Les résultats ont montré une dégradation efficace de 50 mg·L⁻¹ de lévofloxacine par le sécrétome en présence de 2,5 mM de 1- hydroxybenzotriazole HBT, à 30 °C et pH 5. Le m^me sécrétome immobilisé sur support a quant à lui permis la dégradation de 10 mg·L⁻¹ en présence de la même concentration en HBT, tout en offrant une meilleure stabilité face à des températures et pH plus élevés. En outre, l'analyse des produits de réaction a révélé la génération de la lévofloxacine N-oxide comme produit de dégradation, confirmant l'implication des laccases dans ce processus. Dans un deuxième volet, une analyse protéomique a mis en évidence deux groupes d'enzymes potentiellement impliquées dans cette biotransformation : une laccase majoritaire et deux peroxydases décolorantes (DyPs). La DyP CgaDyP1 a été clonée, produite chez E. coli et caractérisée biochimiquement. Les résultats montrent que CgaDyP1 possède une forte capacité à décolorer plusieurs colorants industriels et peut transformer certaines fluoroquinolones, telles que la lévofloxacine, la moxifloxacine et la norfloxacine. Dans un troisième volet, la laccase majoritaire de C. gallica (CgaLac1) a été produite dans Aspergillus niger, purifiée et également caractérisée biochimiquement. L'enzyme a montré une activité oxydative relativement forte, une sensibilité à certains inhibiteurs des laccases, et une efficacité accrue en présence de médiateurs chimiques, tels que le HBT, ou naturels, tels que l'acide p-coumarique (PCA). Les résultats indiquent que CgaLac1 possède une capacité supérieure à celle de CgaDyP1 pour dégrader la lévofloxacine, confirmant ainsi son rôle central dans la biotransformation de cet antibiotique. En conclusion, ce travail met en évidence le potentiel biotechnologique de C. gallica et de ses enzymes oxydatives, en particulier les laccases et les DyP, pour la bioremédiation des fluoroquinolones. Ces observations offrent de nouvelles perspectives pour la mise au point de procédés enzymatiques innovants visant à éliminer les contaminants persistants de l'environnement.
Thesis resume
Bioremediation of antibiotics by fungal strains is considered a promising approach. This is due to the ability of fungi to secrete a broad enzymatic arsenal, as well as the diversity of their mechanisms of action, enabling the biotransformation of antibiotics into less toxic compounds. In this study, we evaluated the capacity of a white-rot fungal strain, Coriolopsis gallica, to degrade antibiotics of the fluoroquinolone family, using levofloxacin as a model compound. In the first part, we investigated the secretome of C. gallica for its ability to biotransform levofloxacin. The results showed effective degradation of 50 mg·L⁻¹ levofloxacin by the secretome in the presence of 2.5 mM 1-hydroxybenzotriazole (HBT), at 30 °C and pH 5. The same secretome immobilized on a support enabled the degradation of 10 mg·L⁻¹ under the same HBT concentration, while providing better stability under higher temperature and pH conditions. Furthermore, analysis of the reaction products revealed the generation of levofloxacin N-oxide as a degradation product, confirming the involvement of laccases in this process. In the second part, a proteomic analysis highlighted two groups of enzymes potentially involved in this biotransformation: a major laccase and two dye-decolorizing peroxidases (DyPs). The DyP CgaDyP1 was cloned, expressed in E. coli, and biochemically characterized. The results showed that CgaDyP1 exhibits a strong capacity to decolorize several industrial dyes and can transform certain fluoroquinolones, such as levofloxacin, moxifloxacin, and norfloxacin.
In the third part, the major laccase of C. gallica (CgaLac1) was produced in Aspergillus niger, purified, and also biochemically characterized. The enzyme displayed relatively strong oxidative activity, sensitivity to specific laccase inhibitors, and enhanced efficiency in the presence of chemical mediators such as HBT, or natural ones such as p-coumaric acid (PCA). The results indicate that CgaLac1 possesses a higher capacity than CgaDyP1 to degrade levofloxacin, thereby confirming its central role in the biotransformation of this antibiotic. In conclusion, this work highlights the biotechnological potential of C. gallica and its oxidative enzymes, particularly laccases and DyPs, for the bioremediation of fluoroquinolones. These findings provide new perspectives for the development of innovative enzymatic processes aimed at eliminating persistent environmental contaminants.