Applications biotechnologiques des laccases

Grâce à leur large spectre de réactivité, les laccases ont pu être utilisées dans diverses applications biotechnologiques (Rodraguez Couto et Toca Herrera, 2006 ; Wang et al., 2010). En effet, en vue de développer des procédés écologiques, les industriels s’intéressent à l’utilisation d’enzymes capables de catalyser des réactions chimiques difficiles ou « coûteuses » d’un point de vue environnemental.

I.11.1. Industrie agro-alimentaire

Les laccases sont largement utilisées dans l'industrie alimentaire, en grande partie en raison de leur capacité à améliorer les produits alimentaires et les procédés de manière spécifique avec des effets secondaires minimes.

Plusieurs auteurs ont cherché à exploiter l’oxydation des composés phénoliques par les laccases comme la laccase de Myceliophtora thermophila pour produire des colorants alimentaires et remplacer les colorants chimiques comme la tartrazine, le rouge carmin, ou encore l’amarante (Mustafa et al., 2005). Les laccases ont été également utilisées pour éliminer des polyphénols à l’origine d’une turbidité indésirable dans le jus de fruit ainsi que ceux responsables du trouble de la bière et du vin (Duran et al., 2002 ; Jackson, 2008). Grâce aux laccases, en particulier la laccase de Myceliophtora thermophila, il est possible de fixer

de façon covalente les phénols au liège du bouchon du vin en leur faisant subir une polycondensation spontanée qui neutralise le mauvais goût (Burton, 2003 b).

De plus, les laccases pourraient être utilisées pour catalyser la gélification oxydative des arabinoxylanes de la farine et donc améliorer ses propriétés rhéologiques (Figueroa-Espinoza

et al., 1998 ; Selinheimo et al., 2006). La laccase de Myceliophtora thermophila a pu conduire

à la formation d’un gel sans addition d’agents chimiques par l’oxydation enzymatique de l’acide férulique dans la pectine de betterave (Micard et Thibault, 1999).

I.11.2. Industrie pharmaceutique

Les laccases offrent une opportunité pour la synthèse de nouvelles molécules bioactives pharmaceutique, ou la modification de celles existantes, dans des conditions douces.

Les laccases ont été utilisées pour catalyser les réactions du couplage oxydatif pour la synthèse d’antibiotiques dimèriques par exemple, comme la dimérisation de l’ester méthylique de la pénicilline X par la laccase de Coriolus versicolor (Agematu et al., 1993) ou encore le couplage oxydatif de l'hydroquinone et la mithramicine (Anyanwutaku et al., 1994).

Plus récemment, Mikolasch et ses collègues ont réussi à synthétiser de nouveaux antibiotiques dimères actifs par l’amination du catéchol avec l’amino-bêta lactame en présence de la laccase de Trametes sp. pour améliorer l’inhibition de bactéries comme

Staphylococcus aureus (Mikolasch et al., 2008). En couplant l'acide 2,5-dihydroxy benzoïque

à l'ampicilline ou l'amoxicilline, ils ont synthétisé huit nouvelles pénicillines avec des activités comparables à l'ampicilline et l'amoxicilline (Mikolasch et al., 2006). De même, seize nouvelles céphalosporines ont été synthétisées par amination de l'acide 2,5-dihydroxy benzoïque avec le céfadroxil amino-céphalosporine, la céfalèxine, et le céfaclor en utilisant les laccases (Mikolasch et al., 2007).

Par ailleurs, les laccases pourraient être utilisées pour synthétiser des acides aminés avec des propriétés biologiques très importantes (Hahn et al., 2009b). Les acides aminés L-tryptophane, L-tyrosine, L-lysine, la glycine et la L-cystéine ont été produits en utilisant les différents formes de p-hydroquinone comme le 2,5-dihydroxy-N-(2-hydroxy

éthyle)-benzamide, le 2,5-dihydroxy benzoïque méthyle ester ou l'acide 3,4-dihydroxy phényle propionique (Manda et al., 2006).

I.11.3. Industrie cosmétique

Plusieurs brevets relatent l'utilisation des laccases dans le monde cosmétique, surtout pour la synthèse de nouveaux pigments dits "naturels" pour colorer les cheveux (Lang et Cotteret, 1999) qui sont moins irritants et plus simples d'utilisation que les produits courants, car les laccases remplacent des produits chimiques tels que H₂O₂ en milieu alcalin. Ainsi, des auteurs ont breveté leur procédé de synthèse des mélanines pour teindre les cheveux (Aaslyng

et al., 1999). Ils ont mis au point un mélange basé essentiellement sur l'association de deux

composés : le premier est une laccase (comme la laccase de Myceliophtora thermophila ou de

Trametes villosa) et le deuxième est un précurseur phénolique (comme la

p-phénylène-diamine, le para et ortho amino phénol ou l’acide p-amino benzoïque). Ces deux composés sont conservés séparément et le mélange des deux ne se fait qu’au moment de l’utilisation.

Plus récemment, des préparations cosmétiques et dermatologiques contenant des protéines laccasiques pour le blanchiment de la peau ont aussi été développées (Golz-Berner

et al., 2005).

I.11.4. Industrie textile

Les laccases sont apparues dans l’industrie textile comme des outils intéressants pour enlever les teintures (Couto et al., 2005 ; Enayatzamir et al., 2009 ; Hou et al., 2004) ou blanchir du coton (Betcheva et al., 2003) en raison de leur potentiel pour dégrader différents colorants.

Les laccases pourraient être utilisées pour fixer des molécules fonctionnelles sur les fibres textiles. Par exemple, le greffage enzymatique catalysé par la laccase de Trametes sp. de gallate de lauryle sur la laine a produit un textile multifonctionnel avec des propriétés antioxydantes, antibactériennes et hydrofuges (Hossain et al., 2009). De plus, les laccases peuvent teinter les fibres textiles comme le coton en mélangeant de l’acide 2,5-di amino

benzène sulfonique, du catéchol et une laccase commerciale de Trametes versicolor (Hadzhiyska et al., 2006).

I.11.5. Industrie papetière

Dans l’industrie du papier, il est nécessaire d’extraire la cellulose qui est protégée par l’hémicellulose et la lignine. L’extraction de la cellulose est normalement réalisée par mécanique ou chimique. Après l’extraction, il reste dans la pâte à papier environ 10 % de lignine ce qui lui confère une couleur brune. La décoloration de cette pâte se fait habituellement en utilisant de l’eau de Javel (méthode chimique), ce qui est préjudiciable pour l’environnement, et/ou du peroxyde d’hydrogène, composé coûteux.

Les laccases sont apparues comme des outils alternatifs de la méthode chimique pour réaliser la délignification et le blanchiment de la pâte à papiers (Widsten et Kandelbauer, 2008). Le bio-blanchiment de pâte à papier en utilisant la laccase permet de fournir une stratégie plus douce et plus propre de délignification (Gamelas et al., 2005). Le traitement des laccases ne modifie pas la luminosité de la pâte, il améliore l'auto-adhérence des fibres et augmente la résistance mécanique des feuilles dérivées de pâte (Wong et Mansfield, 1999). Plus récemment, la laccase de Trametes sp. a été utilisée avec plusieurs médiateurs pour décolorer la pâte à papier provenant de l’eucalyptus(Moldes et al., 2008).

I.11.6. Nanotechnologies

Les nanotechnologies sont l’ensemble des technologies se déroulant à l’échelle du nanomètre. Elles consistent à mettre en œuvre des procédés miniaturisés permettant la production ou l’analyse de divers produits.

Plusieurs auteurs ont utilisé les laccases comme biocapteurs afin de détecter du glucose, des amines aromatiques et des composés phénoliques (Gomes et al., 2004), de l’oxygène (Barton et al., 2002 ; Szamocki et al., 2009) ou des flavonoïdes de plantes (Jarosz-Wilkoa‚azka et al., 2004). Une des utilisations intéressantes des laccases en nano-biotechnologie est le développement de cellules électrochimiques (mini cellule) pour la production d’énergie (Chen H. T. et al., 2001).

I.11.7. Applications environnementales

- Bioremédiation des sols : à cause de l’utilisation intensive de pesticides et d’insecticides en agriculture, une grande partie des molécules répandues sur les cultures se retrouve dans les sols. Pour cette raison, les laccases sont apparues comme des outils écologiques pour dégrader les molécules d’isoxaflutole toxiques dans le sol comme des chlorophénols qui sont utilisés en tant que pesticides (Bollag et al., 2003).

- Traitement des eaux polluées : les laccases de Coriolopsis gallica dégradent plusieurs polyphénols responsables de la couleur brune des eaux résiduelles des brasseries (Mayer et Staples, 2002). Ainsi, la laccase de Trametes sp. peut décolorer et dépolluer l’eau de distillerie obtenue pendant la production d’éthanol par fermentation de la mélasse (Gonzalez et al., 2000).

Des études ont montré la capacité de la laccase de Trametes versicolor à décolorer et à dégrader les tanins contenus dans les eaux usées de fabrication de bière ou d’huile (Yague et

al., 2000). De plus, les laccases ont aussi un rôle dans la bioremédiation des effluents des

huileries produisant de l’huile d’olive dont certains de ces composants sont des dérivés de phénols et sont phytotoxiques. Or, il apparaît que ces effluents d’huilerie peuvent être utilisés en tant qu’agent fertilisant pour des cultures, ce qui constituerait une manière écologique de traiter ces résidus (Quaratino et al., 2007).

Enfin, cette liste d’applications n’est pas exhaustive. De multiples autres emplois scientifiques et technologiques pour les laccases peuvent être envisagés et leur assurant un bel avenir en biotechnologies blanches.