Cerrena Unicolor

17.4 Phénols

L’oxydation du substrat Lac classique ABTS par la laccase de Tetracystis aeria est répandue chez les algues chlorophycées. Par exemple, les espèces de la Moewusinia, y compris Chlamydomonas moewusii et T. aeria, excrètent des “vrais” Lacs putatifs. Les substrats phénoliques sont oxydés par ces enzymes de manière optimale à un pH neutre à alcalin. La laccase de Tetracystis transforme efficacement d’autres composés tels que le bisphénol A, le 17α-éthinylestradiol, le nonylphénol et le triclosan en présence d’ABT comme médiateur redox, tandis que l’anthracène, le vératrylalcool et l’adlerol restent inchangés. Des fonctions naturelles possibles des enzymes, telles que la synthèse de polymères complexes ou des processus de détoxification, peuvent aider à la survie des algues dans des environnements défavorables. Dans les eaux de surface contaminées, les algues vertes productrices de Lac pourraient contribuer à la dégradation environnementale des polluants phénoliques.

Le Lac putatif (CotA) de Bacillus pumilus MK001 cloné et exprimé dans E. coli s’est avéré thermostable, présentant une demi-vie de 60 minutes à 80 °C et présentant des affinités de liaison potentielles avec l’acide férulique, l’acide caféique et la vanilline.

Les phénols sont des inhibiteurs connus de la cellulase et des microorganismes fermentatifs dans les processus de bioraffinage. L’ajout de Lac élimine les composés phénoliques et réduit ensuite la phase de retard du microorganisme fermentatif. Cependant, l’application de Lac diminue la libération de glucose lors de l’hydrolyse enzymatique. La proportion de lignine et la composition des phénols sont des acteurs clés de l’inhibition de la cellulase lorsque l’hydrolyse enzymatique est associée à la détoxification du Lac.

Une application intéressante en biotechnologie environnementale est l’immobilisation du Lac pour éliminer les contaminants phénoliques par oxydation. Les nanoparticules de silice fumées présentent un potentiel intéressant en tant que matériau de support pour l’immobilisation Lac par immobilisation assistée par sorption dans la perspective d’applications telles que l’élimination de micro-polluants en phases aqueuses. L’immobilisation de Lac d’un genre Léviathan, Coriolopsis polygonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus et T. versicolor sur des nanoparticules de silice fumées, séparément ou en combinaison, produit une activité accrue sur une plage de pH comprise entre 3 et 7. Les différents Lacs diffèrent par leur optima de pH et leur affinité de substrat. L’exploitation de leurs différences a permis la formulation d’un nanobiocatalyseur sur mesure capable d’oxyder une gamme de substrats plus large que les enzymes dissoutes ou immobilisées séparément. Le nanobiocatalyseur a le potentiel d’oxydation biochimique dans l’élimination de plusieurs polluants cibles. Il a été confirmé que les nanobiocatalyseurs non vocationnels obtenus par immobilisation de Lac sur des nanoparticules de silice possédaient un large spectre de substrat concernant la dégradation de polluants récalcitrants, tels que les EDC phénoliques (bisphénol A).Cela souligne le potentiel des nanoparticules de silice fumées / composites laccase pour le traitement biologique avancé des eaux usées.

Les Lacs sont capables de catalyser l’oxydation à un électron de composés phénoliques en intermédiaires radicalaires qui peuvent ensuite se coupler les uns aux autres via des liaisons covalentes. On pense que ces réactions jouent un rôle important dans le processus d’humification et la transformation des contaminants contenant des fonctionnalités phénoliques dans l’environnement. Un modèle de réaction a été développé par intégration d’équilibres de liaison MÉTAL-HA et d’équations cinétiques, prédisant le taux de transformation du triclosan en présence d’ions HA et de métaux divalents, y compris Ca2+, Mg2+, Cd2+, Co2+, Mn2+, Ba2+ et Zn2+.

Des polybromodiphényléthers hydroxylés (OH-PBDE) ont été fréquemment trouvés dans la biosphère marine comme contaminants organiques émergents. La production d’OH-PBDE est probablement le résultat du couplage des radicaux bromophénoxy, générés par l’oxydation catalysée par le Lac du 2,4-DBP ou du 2,4,6-TBP. La transformation des bromophénols par Lac dépend du pH et est également influencée par l’activité enzymatique. Compte tenu de l’abondance du 2,4-DBP et du 2,4,6-TBP et de la distribution phylogénétique du Lac dans l’environnement, la conversion catalysée par le Lac des bromophénols pourrait être une voie importante pour la biosynthèse naturelle des OH-PBDE.

Phanerochaete chrysosporium appartient à un groupe de champignons dégradant la lignine qui sécrètent diverses enzymes oxydoréductrices, notamment la lignine peroxydase (LiP) et la manganèse peroxydase (MnP). Cependant, la production de Lacs chez ce champignon n’a pas été complètement démontrée et reste controversée. La coexpression du gène LacIIIb de T. versicolor et du gène vpl2 de Pleurotus eryngii, ainsi que des gènes endogènes mnp1 et lipH8 ont amélioré l’expression coopérative des peroxydases et des laccases jusqu’à cinq fois par rapport aux espèces de type sauvage. Les souches transformantes ont un large spectre de biotransformation phénolique / non phénolique et un pourcentage élevé de décoloration des colorants synthétiques par rapport à la souche parentale et constituent une coexpression facile et efficace des Lacs et des peroxydases chez des espèces basidiomycètes appropriées.

Récemment, Lac a été appliqué à la nanobiotechnologie, qui est un domaine de recherche croissant, et catalyse les réactions de transfert d’électrons sans cofacteurs supplémentaires.

Les nanoparticules de carbone sont des candidats prometteurs pour l’immobilisation enzymatique. Par rapport au Lac libre, les enzymes immobilisées ont des taux de réaction significativement réduits. La limitation de diffusion induite par l’agrégation de nanoparticules de carbone ne peut être ignorée car elle peut entraîner une augmentation des temps de réaction, une faible efficacité et des coûts économiques élevés. De plus, ce problème est exacerbé lorsque de faibles concentrations de contaminants environnementaux sont présentes.

Le bisphénol A (BPA) est un produit chimique perturbateur endocrinien omniprésent dans l’environnement en raison de son large usage industriel. Lac extracellulaire du champignon le plus cultivé au monde (i.e., champignon de la pourriture blanche, P. ostreatus) a dégradé efficacement le BPA. L’exposition au BPA n’a aucun effet nocif sur ce champignon comestible.

L’élimination du BPA par Lac dans un réacteur à membrane enzymatique continue évalué dans des eaux usées synthétiques et réelles traitées biologiquement dans une configuration de réacteur basée sur un réacteur à cuve agitée couplé à une membrane céramique, a montré une élimination presque complète du BPA. La polymérisation et la dégradation sont des mécanismes probables de la transformation du BPA par Lac.

Les organismes du phylum Basidiomycota ont un énorme potentiel de biorestauration par leurs phénol oxydases dans la dégradation des composés phénoliques. La Lac et la tyrosinase sont principalement présentes chez T. versicolor et Agaricus bisporus, respectivement. De nouveaux producteurs d’enzymes de type sauvage prometteurs ont vu le jour et un certain nombre de souches recombinantes ont également été construites, principalement à partir de levures ou de souches d’Aspergillus comme hôtes. Les constructions permettent des applications pour la dégradation de phénols, polyphénols, crésols, alkylphénols, naphtols, bisphénols et (bis) phénols halogénés. Des méthodes biologiques et physico-chimiques pourraient être combinées pour rendre les procédés adaptés à un usage industriel.

Les peroxydases végétales ont une grande utilité potentielle pour la décontamination des eaux usées polluées au phénol. L’utilisation à grande échelle de ces enzymes pour la dépollution du phénol nécessite un matériau contenant de la peroxydase bon marché, abondant et facilement accessible. La pulpe de pomme de terre, un déchet de l’industrie de l’amidon, contient de grandes quantités de peroxydases actives, et les enzymes de la pulpe de pomme de terre maintiennent leur activité à pH 4-8 et sont stables sur une large plage de températures. L’efficacité d’élimination du phénol de la pulpe de pomme de terre est supérieure à 95%.

Le Lac immobilisé sur des billes de silice nanoporeuses dégrade plus de 90% du 2,4-dinitrophénol en peu de temps (12 heures). Le processus d’immobilisation améliore l’activité et la durabilité du Lac pour la dégradation du polluant. Des températures supérieures à 50 ° C réduisent l’activité enzymatique à environ 60%. Cependant, le pH et la concentration du médiateur ne pouvaient pas affecter l’activité enzymatique. La cinétique de dégradation est conforme à une équation de Michaelis–Menten.

Les exsudats aqueux de ray-grass (Lolium perenne) peuvent dégrader le BPA à la fois en l’absence et en présence de matière organique naturelle (NOM). Dans les exsudats additionnés de NOM, le processus de dégradation est plus long que sans NOM. Les activités de la peroxydase et de la Lac dans les exsudats suggèrent une implication significative de ces enzymes dans la dégradation du BPA.

Les composés organofluorés sont devenus des éléments de base importants pour une large gamme de matériaux avancés, de polymères, de produits agrochimiques et de produits pharmaceutiques. Le concept d’introduction du groupe trifluorométhyle dans les phénols non protégés en utilisant un biocatalyseur (Lac), tBuOOH, et soit le réactif de Langlois, soit le sulfinate de zinc de Baran a été atteint. La méthode repose sur la recombinaison de deux espèces radicalaires, à savoir le cation radicalaire phénol généré directement par le radical Lac et le radical CF3-. La trifluorométhylation catalysée par le Lac se déroule dans des conditions douces et dégrade les phénols substitués par le trifluorométhyle qui n’étaient pas disponibles par les méthodes classiques.

Ascomycète d’eau douce Phoma sp. strain UHH 5-1-03 has potential for practical micropollutant removal. Bisphenol A (BPA), carbamazepine (CBZ), 17α-ethinylestradiol (EE2), diclofenac (DF), sulfamethoxazole (SMX), technical nonylphenol (t-NP), and triclosan (TCS) are substrates with the rank order: EE2≫BPA>TCS>t-NP>DF>SMX>CBZ. The obtained metabolites indicate hydroxylation, cyclization, and decarboxylation reactions, as well as oxidative coupling typical for Lac reactions. The observations strongly suggest that the extracellular Lac of Phoma sp. largely contributes to fungal biotransformation .

Une attention accrue a été accordée à la nanobiocatalyse. Le Lac immobilisé de manière réversible sur des microsphères magnétiques chélatées Cu (ΙΙ) et Mn (ΙΙ) a réussi à éliminer le BPA de l’eau. En comparaison avec le Lac libre, les stabilités thermiques et de stockage du Lac immobilisé sont considérablement améliorées. Plus de 85% du BPA a été éliminé dans des conditions optimales.

Cependant, l’utilisation d’enzymes en solution pour le traitement de l’eau présente des limites de non-réutilisabilité, de courte durée de vie des enzymes et d’un coût élevé d’utilisation unique. Chen et coll. développement d’un nouveau type de biocatalyseur en immobilisant le Lac fongique à la surface des cellules de levure en utilisant des techniques de biologie synthétique. Le biocatalyseur est appelé Lac d’affichage de surface (SDL) et peut être réutilisé avec une grande stabilité car il a conservé 74% de l’activité initiale après huit réactions répétées par lots. L’efficacité du SDL et la preuve de concept dans le traitement des contaminants préoccupants émergents ont été démontrées avec le bisphénol A et le sulfaméthoxazole.