Contrat doctoral : Développement d’une méthode biosynthétique de production de la 4-nitroaniine par app

Sujet de thèse :
Contexte scientifique :
La nitration aromatique est une réaction chimique primordiale en synthèse organique. Elle consiste à introduire un groupement nitro (-NO₂) sur un cycle aromatique. Ce processus joue un rôle fondamental dans l'industrie pharmaceutique, qui exploite la nitration pour la synthèse de nombreux principes actifs, tels que les antibiotiques et les analgésiques. Cependant, les procédés classiques de nitration, utilisant des mélanges d'acide nitrique et sulfurique, souffrent de limitations majeures en termes de sélectivité, de sécurité et d'impact environnemental.
Face à ces défis, l'émergence de la biocatalyse comme alternative aux méthodes chimiques traditionnelles représente une avancée prometteuse. L'utilisation d'enzymes nitrantes permettrait d'effectuer des nitrations sous des conditions réactionnelles plus douces, réduisant la formation de sous-produits indésirables et améliorant la sélectivité de la réaction. Cette approche permettrait également d'éliminer l'usage d'acides forts et de solvants toxiques, réduisant ainsi les risques pour la sécurité des opérateurs et l'empreinte écologique du processus, et ce en totale adéquation avec la réglementation européenne REACh.
Notre approche repose sur l'ingénierie enzymatique afin de développer une protéine optimisée pour la synthèse de la 4-nitroaniline, un intermédiaire clé dans l'industrie pharmaceutique. En effet, la 4-nitroaniline est essentielle à la fabrication de médicaments tels que le paracétamol, la dapsone et divers sulfamides antibactériens. Son importance industrielle réside dans la réactivité de ses groupes fonctionnels, permettant une large gamme de transformations chimiques nécessaires à la synthèse de composés complexes.

Objectifs :
L’objectif est de cibler spécifiquement le cytochrome P450 Thaxtomine E (TxtE) issue de la bactérie Streptomyces scabiei, dont la modification par mutagenèse dirigée pourrait permettre la nitration sélective de l’aniline en 4-nitroaniline. Des approches combinées de modélisation computationnelle et de mutagénèse dirigée seront utilisées pour améliorer la stéréosélectivité et l'efficacité catalytique de cette enzyme. Cette stratégie s'inspire de travaux récents ayant démontré l'efficacité de telles méthodes dans l'optimisation d'enzymes pour des transformations chimiques spécifiques, comme la conversion de la lovastatine en pravastatine par le cytochrome P450 CYP105AS1.

Projet de thèse et techniques utilisées :

La thèse s'articulera autour des axes suivants :
(i) Caractérisation structurale et fonctionnelle de l’enzyme TxtE WT, (ii) Design et optimisation in silico de mutants de TxtE, (iii) Validation expérimentale des mutants par tests biochimiques et cristallographie.

• (i) Caractérisation structurale et fonctionnelle de l’enzyme TxtE WT : Afin d’établir une référence structurale et fonctionnelle pour comparer les mutants, l’enzyme WT sera produite, purifiée et car
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