Soutenance de thèse de David RIBEAUCOURT

Le développement de procédés biotechnologiques durables comme alternatives aux procédés chimiques traditionnels est au cœur des enjeux bioéconomique actuels. Le domaine des arômes et parfums cristallise la mutation de la demande vers des produits éco-responsables et/ou d’origine naturelle à des prix compétitifs. Les voies de synthèse chimique et d’extraction de matières premières naturelles s’avèrent insuffisantes pour répondre à une telle problématique. La voie biotechnologique, en pleine expansion, se positionne comme l’alternative la plus prometteuse, mais nécessite le développement et la maîtrise de nouveaux procédés biocatalytiques. Dans ce contexte, les alcools oxydases à radical cuivre (CRO-AlcOx) fongiques, découvertes récemment, présentent un fort potentiel biotechnologique de par leur capacité à oxyder une large gamme d’alcools primaires en aldéhydes. Les aldéhydes sont des molécules clés utilisées pour leurs arômes et inclues dans la composition de nombreux parfums. Les travaux de cette thèse avaient pour objectif d’étudier les CRO-AlcOx et d’évaluer leur potentiel biocatalytique pour la conversion d’alcools en aldéhydes odorants. La première partie de cette thèse, par l’étude critique de l’état de l’art, dresse un bilan des biocatalyseurs oxydatifs existants et discute des problématiques et possibles solutions pour favoriser le développement industriel de cette voie biotechnologique. Sur le plan expérimental, des études ont été menées à plusieurs niveaux pour appréhender le potentiel biocatalytique des CRO-AlcOx. L’utilisation de souches fongiques naturelles a d’abord été étudiée au travers d’analyses sécrétomiques. Les résultats obtenus ont permis de caractériser deux nouvelles CRO-AlcOx et d’établir la voie recombinante comme la plus prometteuse. Dans un deuxième temps, une CRO-AlcOx a été évaluée pour l’oxydation d’alcools primaires à longues chaines. Des études enzymologiques couplées à de la modélisation dynamique ont notamment révélé la capacité sur-oxydative de cette enzyme et suggèrent une inhibition médiée par certains aldéhydes hydratés. En dernier lieu, une CRO-AlcOx a été testée dans des perspectives plus appliquées au travers de : (i) la montée en échelle de la conversion d’alcools à longues chaines, et (ii) une cascade bi-enzymatique aboutissant à la production énantiosélective d’un intermédiaire clé dans la synthèse du menthol. L’ensemble de ce travail dessine les contours de l’utilisation de CRO-AlcOx en tant que biocatalyseurs et ouvre la voie à des études complémentaires pour favoriser l’utilisation de ces enzymes dans un contexte industriel.

The development of sustainable biotechnological processes is at the heart of current bioeconomic stakes. The society shift toward the production of more sustainable and/or natural products at competitive prices is particularly affecting the flavors and fragrances industry. Chemical synthesis and extraction of natural raw materials are both insufficient to meet this demand. Biotechnology represents the most promising alternative but requires the development of new biocatalytic pathways. In this context, the recently discovered fungal copper radical alcohol oxidases (CRO-AlcOx) present a strong biotechnological potential owing to their ability to oxidize a wide range of primary alcohols into aldehydes. Aldehydes are key flavor compounds and are found in the composition of a vast number of perfumes. The objective of this thesis was to study CRO-AlcOx and assess their biocatalytic potential for the conversion of alcohols into odorant aldehydes. The first part of this thesis critically reviews the state of the art of available oxidative biocatalysts, the challenges and possible solutions to foster the industrial development of this biotechnological route. Experimental studies have been conducted at different levels to evaluate the biocatalytic potential of CRO-AlcOx. The use of natural fungal strains was first studied through secretomic analyses. The results obtained allowed the characterization of two new CRO-AlcOx and established the recombinant pathway as the most promising route. In a second step, the potential of a CRO-AlcOx was evaluated for the oxidation of long chain (fatty) primary alcohols. Enzymology studies coupled to dynamic modeling revealed the overoxidative activity of CRO-AlcOx and suggested enzyme inhibition by some hydrated aldehydes. Finally, a CRO-AlcOx was tested in applied settings through: (i) the scale-up of fatty alcohol conversion, and (ii) the development of a bi-enzymatic cascade to produce enantioselectively a key intermediate in the synthesis of menthol. Overall, this work outlines the great potential of CRO-AlcOx as biocatalysts and opens the way to complementary studies to implement these enzymes at industrial scale.