Diels-alderases artificielles au service de la chimie verte

Pour faire face aux conséquences de la cause anthropique du changement climatique, la chimie se voit contrainte de développer des procédés plus respectueux de l’environnement. Avec des usines cellulaires comme les micro-organismes, la biologie de synthèse, s’inscrit dans cette perspective. En effet, la biologie de synthèse, qui combine le pouvoir de régénération des micro-organismes avec le potentiel synthétique de leurs voies métaboliques, est l’application des principes du développement durable au monde de la chimie. Bien que de nouvelles voies métaboliques soient découvertes régulièrement, l’utilisation industrielle de la chimie du vivant reste limitée à quelques grandes réactions. En particulier, les réactions de formation de liaisons C-C, pour laquelle la chimie de synthèse offre de très nombreuses variantes, sont peu développées en biocatalyse. Face à ce constat, un des défis de la chimie du XXI^e siècle est d’enrichir le champ de la biocatalyse en rendant biocompatibles des réactions qui ne le sont pas (ou peu) actuellement.

Les enzymes artificielles provenant d’enzymes dont l’activité a été modifiée et/ou redirigée, ou d’enzymes créées de novo, sont des outils de choix pour cette nouvelle ère de la chimie. Le développement d’enzymes artificielles pour le bénéfice de la chimie fine va de pair avec des progrès spectaculaires dans des domaines variés de la biocatalyse, tels que l’immobilisation d’enzymes sur des surfaces pour conduire à des biocatalyseurs supportés, les techniques d’évolution dirigée, l’ingénierie des voies métaboliques, la catalyse in cellulo/in vivo etc. Ces dernières années, un nombre croissant d’enzymes artificielles ont été conçues, dont certaines qui catalysent une réaction de Diels-Alder (DA). Celles-ci ont fait l’objet d’une attention particulière car, jusqu’à la fin du XX^e siècle, les réactions de DA étaient considérées comme appartenant au seul domaine de la chimie et leur introduction en biocatalyse représentait un défi majeur à relever.

Après une introduction générale sur la biocatalyse et les développements récents de son utilisation à l’échelle industrielle, la réaction de Diels-Alder est présentée ainsi que ses nombreuses applications en synthèse. La partie centrale de l’article s’oriente alors vers la découverte d’enzymes capables de catalyser la réaction de Diels-Alder dans les systèmes vivants pour se focaliser ensuite sur le développement de métalloenzymes artificielles capables de catalyser cette réaction. S’ensuit alors une discussion sur les avantages et les inconvénients des différents systèmes pour conclure sur les perspectives qu’ils offrent.