Soutenance de thèse de RAAD Elina

Résumé de la thèse

Dans le contexte des bioraffineries de deuxième génération (2G), la dépolymérisation de la lignine représente un verrou majeur à lever pour la valorisation de la biomasse lignocellulosique. En effet, la lignine est à la fois très récalcitrante et c'est la fraction majeure de la paroi végétale qui est très peu valorisé. Un obstacle majeur réside dans la nature des enzymes oxydantes classiquement utilisée pour la dégradation de la lignine, telles que les laccases fongiques, mais qui pour l'instant ce sont révélées inefficaces in vitro. Bien que ces enzymes soient capables de générer des radicaux phénoxy reconnus comme impliqués dans le processus de la dégradation de la lignine, ces mêmes radicaux peuvent simultanément recombiner, favorisant des réactions de polymérisation. En effet, l'utilisation de laccases sur la lignine porte à des phénomènes indésirables d'un point de vue technologiques, tels que la repolymérisation et recondensation. Pour contourner ce phénomène, nous avons étudié la possibilité d'utiliser des flavoenzymes fongiques de la sous-famille AA3_2, en particulier l'oligosaccharide déshydrogénase (ODH), comme enzymes auxiliaires capable de moduler les réactions radicalaires générées par la laccase. Les analyses structurales de l'ODH ont révélé que cette enzyme possède une architecture du site actif polyvalente, permettant la reconnaissance de substrats à la fois saccharidiques et aromatiques. Une analyse en parallèle de l'aryl-alcohol déshydrogénase (AAD) a permis de démontrer que son site actif est spécialisé dans la reconnaissance de substrats alcooliques et aromatiques. Ces observations sont appuyées par des données biochimiques. Des essais cinétiques par spectroscopie UV-Vis ont montré qu'ODH peut réduire plusieurs radicaux phénoxy générés par des réactions laccases d'oxydation de composés modèles (acide sinapique et gaïacol). Lors de ces réactions, ODH est capable de ralentir, limiter et inhiber les réactions radicalaires, et également de les rediriger vers des produits à faible poids moléculaire insensibles à l'activité laccase, donc une voie pour la dépolymérisation (avec acide sinapique). Pour confirmer cette hypothèse, nous avons étudié l'effet de traitements de la laccase sur des lignines modèles solubles en milieux aqueux, comme les lignosulfonates. Ces réactions ont été effectuées en présence d'acide sinapique, et en présence ou absence de flavoenzyme. Une analyse par chromatographie d'exclusion stérique des lignosulfonates traités a confirmé qu'ODH peut inhiber des réactions de repolymérisation observées au contraire avec la laccase seule. De plus, avec ODH on remarque l'apparition de composés avec des masses moléculaires apparentes plus faibles, qui suggère une dépolymérisation partielle, non visible avec la laccase seule. L'ensemble de nos résultats montre que même si ODH réduisent les radicaux phénoxy, l'effet global n'est pas uniquement l'inhibition des réactions de la laccase, au contraire, elle semble jouer un rôle de maintien d'équilibre redox. Cet équilibre s'opèrerait en préservant une réserve de composés phénoliques réduits et de faible masse moléculaire, qui peuvent à leur tour servir à nouveau de médiateurs pour les activités laccase. Ces résultats pointent à un rôle inédit des flavoenzymes fongiques dans le contrôle de l'environnement radicalaire lors de la dégradation de la lignine, notamment pour : i) maintenir un réservoir de composés phénoliques réduits et de faible masse moléculaire pour les réactions laccase ; ii) rediriger les produits de réaction vers des espèces inertes de faible poids moléculaire ; iii) inhiber les réactions de « repolymérisation » des lignines modèles ; iv) favoriser les réactions de « dépolymérisation » de lignines modèles. Ils ouvrent ainsi la voie à de nouvelles stratégies enzymatiques pour déverrouiller le verrou que représente la lignine dans de nombreux procédés, tels que la bioraffinerie 2G.