Chimie et Biotechnologie des Oligosaccharides

Les glucides au même titre que l’ADN ou les protéines sont des biomolécules essentielles à la vie. Les oligosaccharides en particulier, libres ou conjugués à des protéines ou des lipides, interviennent dans de nombreux processus biologiques (signalisation cellulaire, réponse immunitaire, infection par certains pathogènes…). Leur faible abondance naturelle rend cependant leur étude complexe aussi le développement de méthodes de synthèse efficaces est nécessaire.

Les recherches menées au sein de l’équipe CBO visent à synthétiser des oligosaccharides et glycoconjugués pour fournir aux biologistes les outils moléculaires permettant l’étude des processus du vivant et pour développer de nouveaux produits en santé humaine, animale (médicaments, diagnostic, alimentation) ou encore en agronomie (protection et croissance des plantes).

Forte de compétences en glycochimie, biochimie et microbiologie, notre équipe développe des procédés économes en atomes et respectueux de l’environnement basés sur la biocatalyse et la chimie click.

Biocatalyse à l’aide de glycoside hydrolases

Les glycoside hydrolases (GHs), enzymes qui coupent les liaisons entre les sucres, sont utilisées pour dégrader certains polysaccharides abondants dans la nature en oligomères. Sous certaines conditions, ces enzymes peuvent former des liaisons glycosidiques. Cette propriété permet de synthétiser des oligosaccharides de petite taille (tri-, tetrasaccharides) à partir de sucres simples. Pour accéder à des oligosaccharides de plus grande taille, l’activité hydrolytique des GHs doit être supprimée par mutagénèse dirigée. On parle alors de glycosynthases.

Ces différentes approches ont été utilisées pour produire des oligosaccharides dérivés de cellulose, chitine ou d’autres polysaccharides comme le xyloglucane ou le β-1,3-glucane. Des glycosynthases dérivées de cellulases, chitinases, ou encore de lysozyme ont notamment été développées. D’autres enzymes actives sur les sucres (glycosyltransférases, N-désacétylases, sulfotransférases) sont également utilisées pour la synthèse et la modification sélective des oligosaccharides.

Ingénierie métabolique de microorganismes

Notre équipe a également développé un procédé biotechnologique de production d’oligosaccharides à l’aide de glycosyltransférases (GTs). Les GTs qui sont responsables de la biosynthèse des glycanes, sont difficiles à manipuler in vitro du fait de leur mauvaise stabilité et du coût important de leur substrats (nucléotides-sucres). Dans notre procédé « d’usine cellulaire », des souches bactériennes d’E. coli sont modifiées de façon à exprimer les enzymes nécessaires à la synthèse des nucléotide-sucres ainsi que les GTs pour produire un oligosaccharide d’intérêt. Ce procédé rapide et peu couteux offre la possibilité de produire à l’échelle de plusieurs grammes par litre de culture une large gamme d’oligosaccharides naturels, des glycomimétiques ainsi que des dérivés prêts à être conjugués par chimie click. Ce procédé permet également la production de polysaccharides tels que les glycosaminoglycanes (acide hyaluronique, chondroitine, héparosane). Cette activité est désormais développée en étroite collaboration avec le plateau de microbiologie du CERMAV dont l’équipe assure la responsabilité scientifique.

Glycochimie et Chimie Click

L’utilisation de réactions chimio- et régiosélective dites click sont employées pour accéder à diverses sondes moléculaires (fluorescentes, biotinylées, photoactivables…) et glycoconjugués (glycopeptides, glycolipides, glycopolymères…) Outre la très efficace cycloaddition azide-alcyne catalysée au cuivre (CuAAC), nous mettons en œuvre différentes réactions bioorthogonales non metallo-catalysées (thiol-ène, addition de Michael, Diels-Alder…).

Contrats de recherche récents

• Etudes moléculaires des mécanismes de défenses des plantes et des processus symbiotiques plantes-microorganismes (Fondation Bill Gates 2012-2017, ANR)
• Sondes chimiques pour l’identification du récepteur lysosomal LOST (FRM 2018-2022)
• Thérapie anti-adhésion contre les virus influenza (Labex ARCANE 2019-2022, SATT Linksium 2020)
• Nouveaux outils pour le séquençage moléculaire des glycosaminoglycanes (ANR GAGS-nanosensor 2021-2024)
• Étude des enzymes du métabolisme de la paroi bactérienne pour lutter contre l’antibio-résistance (ANR Glyco_SWIM 2021-2024)