Douglas Fansher
Chercheur postdoctoral, Département de chimie
Université de Montréal
Publication primée : Choose Your Own Adventure: A Comprehensive Database of Reactions Catalyzed by Cytochrome P450 BM3 Variants
Publiée dans : Catalysis
Résumé
Les enzymes servent de catalyseurs pour un large éventail de réactions dans le monde naturel, ce qui entraîne la production d’une variété de composés chimiques différents. L’obtention d’un rendement élevé et la production du produit désiré peuvent constituer un défi lors de l’utilisation des méthodes de synthèse chimique traditionnelles. Les réactions catalysées par des enzymes sont réalisées dans des conditions douces et ne nécessitent pas de pH extrême, de température élevée ou de solvants toxiques. Elles sont largement considérées comme respectueuses de l’environnement et sont couramment utilisées dans l’industrie pour produire des produits pharmaceutiques, des produits chimiques agricoles et des produits chimiques en vrac.
Un problème courant avec les enzymes est qu’elles n’acceptent souvent qu’un petit nombre de composés comme substrats. Ce problème peut être atténué par l’ingénierie enzymatique, qui repose sur la modification d’enzymes existantes par le biais d’un processus qui imite l’évolution naturelle. L’évolution en laboratoire de ces enzymes permet de remédier aux déficiences en matière d’acceptation des substrats. Les enzymes modifiées peuvent présenter un plus grand nombre de substrats, une activité accrue, une meilleure stabilité dans les conditions d’exploitation et des fonctions nouvelles pour la nature. Le criblage de variantes d’enzymes est un processus qui prend du temps. Des outils informatiques pour l’ingénierie enzymatique ont été développés et peuvent potentiellement réduire le temps consacré au criblage, mais ces modèles ne sont que modestement prédictifs. En outre, le développement continu de ces modèles informatiques nécessite de vastes ensembles de données expérimentales de haute qualité comme données d’entraînement.
Afin d’accélérer les stratégies d’ingénierie enzymatique, nous avons créé une base de données des variantes du P450 BM3 qui relie les informations sur les mutations aux résultats des réactions pour une variété de réactions utiles sur le plan synthétique. Les données de cette base ont été compilées à partir d’environ 500 publications relatives au P450 BM3 et à ses variantes. Un grand nombre de ces publications contenaient des données publiées dans un format non lisible par ordinateur ce qui les rendait difficilement utilisables pour le développement d’outils informatiques. Nos efforts pour créer cette base de données permettront aux informations trouvées dans des centaines de publications d’être disponibles pour le développement de l’apprentissage automatique. Cette base de données fournit également une liste des variantes du P450 BM3 et de leurs activités connues et peut aider les chercheurs à identifier de meilleurs points de départ pour une ingénierie enzymatique plus poussée. Cette base de données a été publiée en libre accès afin de mettre ces informations à la disposition de tous les membres de la communauté publique, industrielle et universitaire. À long terme, le développement d’outils informatiques permettant la découverte de catalyseurs enzymatiques efficaces conduira à des méthodologies de synthèse plus respectueuses de l’environnement. Cette base de données et la revue qui l’accompagne constituent une plate-forme puissante pour comprendre, prédire et identifier les variantes du P450 BM3, ce qui encourage davantage l’ingénierie de cette enzyme.