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Rangées de graines.. © Inra, Elena Schweitzer © Fotolia

Nos résultats

Sommaire
  1. Introduction
  2. Impact des traitements thermiques sur la digestion du lait maternel chez le nourrisson prématuré
  3. Recherches et Innovations 2017 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  4. La manière dont les protéines s’agrègent lors d’un traitement thermique module leur capacité sensibilisante
  5. Accroître la survie des probiotiques au séchage en stimulant leur adaptation aux stress
  6. Le pouvoir adhésif deLactococcus lactis: une histoire tirée par les « pili » ?
  7. Quand les biopolymères s'assemblent : un jeu d'énergie et d'entropie.
  8. Toute la digestion gastro-intestinale dans un laboratoire sur puce : le microdigesteur
  9. Dis, comment une goutte de lait devient-elle un grain de poudre ?
  10. Recherches et Innovations 2016 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  11. 13 minutes pour tout savoir sur la qualité des fromages et des recherches qu'elle implique
  12. Un nouveau procédé pour le bio-raffinage du végétal
  13. La membrane bactérienne sous la lumière UV du synchrotron SOLEIL
  14. L’ingénierie inverse ou la machine à remonter… le pain !
  15. Chimie verte : Améliorer la production de lipides chez la levure
  16. Des vins de qualité à teneur réduite en alcool acceptés par le consommateur
  17. Impact des procédés de fractionnement sur la distribution des mycotoxines dans le blé dur
  18. Pâtes aux légumineuses : comment la formule et le procédé confèrent à l’aliment ses qualités nutritionnelles
  19. Contrôler le brunissement des vins blancs par la sélection raisonnée de levures
  20. Des bactéries lactiques pour réduire l’allergénicité de certaines protéines du lait
  21. Eliminer les biofilms avec un détergent enzymatique : une alternative aux traitements à base de soude
  22. Néo-enzymes à façon pour la conception de vaccins antibactériens
  23. RMN : une méthode non destructive pour identifier et quantifier les molécules phosphorées
  24. Marché des viandes transformées : vers une méthode de référence ?
  25. Modélisation mécanique multi-échelle : de l’échelle nanométrique aux propriétés macroscopiques de la mie de pain
  26. Minimoulin : 500 g pour apprécier la valeur meunière des blés
  27. Production microbienne de lipides à usages énergétiques ou chimiques
  28. L'acide férulique, acteur discret mais universel de la construction des parois lignifiées
  29. Eco-conception de matériaux à base de co-produits du bois
  30. L'analyse des composés volatils pourrait permettre d'authentifier le système de production des poulets
  31. Des nanoparticules comme marqueurs de biopolymères en microscopie
  32. Pasteurisation, UHT, microfiltration... Tous les traitements n'ont pas le même impact sur la qualité nutritionnelle du lait
  33. Des rayons X pour caractériser les couches accumulées lors des opérations de filtration
  34. L'intégration des connaissances expertes appliquées à l'affinage des camemberts
  35. Maîtriser la perte de masse des fromages pendant l'affinage
  36. La mémoire de l'amidon
  37. Recherches et innovations 2015 - Pour l'Aliment et les Bioproduits
  38. Comportement des micelles de caséine lors de la filtration du lait
  39. Nouvelle enzyme de dégradation des pectines
  40. Digestion du nourrisson : un modèle permet d’étudier les allergènes alimentaires
  41. Digestion des protéines carnées
  42. Des émulsions modèles de la digestion révèlent l’effet protecteur des polyphénols
  43. Perception de l’astringence : un nouvel éclairage grâce à la spectrométrie de masse
  44. Hautes pressions : Nouvelles voies d'utilisation et de valorisation sur les aliments emballés
  45. Fours à injection de vapeur d’eau : jusqu'à 12% d’économie d’énergie
  46. Nouvelle méthode d’analyse rapide de la qualité des tomates et des abricots
  47. Jambon de Bayonne : des marqueurs de texture et d’arôme pour maîtriser la qualité
  48. Suraccumulation de lipides chez la levure S. cerevisiae : vers une production de biocarburants à usage aéronautique
  49. Fractionner la ventilation des hâloirs de fromagerie : 50% d’économie d’énergie
  50. Connaître la structure de l'amidon pour maîtriser ses applications
  51. L’IRM pondérée en diffusion : un outil générique pour la micro-imagerie des lipides dans les matrices alimentaires
  52. Caractérisation d’un gène majeur de la biosynthèse des anthocyanes dans la baie de raisin
  53. Nouveaux détecteurs d’activités enzymatiques à base de nanocouches semi-réflectives de biopolymères
  54. Vers la connaissance de la structure de la micelle de caséine
  55. Le chauffage du lait semble favoriser le développement de l’allergie chez les nourrissons
  56. Mieux comprendre le pouvoir moussant des protéines en étudiant leur comportement aux interfaces eau-air
  57. Nouveau modèle d’organisation en 3D de la membrane de globules gras du lait
  58. Comment les protéines alimentaires s’auto-assemblent en objets micrométriques
  59. Une nouvelle méthode de séparation permet de déterminer la structure complète de biopolymères
  60. Intérêt des métabolites volatils des produits carnés pour révéler les contaminations des animaux d’élevage aux micropolluants environnementaux
  61. SensinMouth quand le goût fait sens
  62. Un logiciel d’aide au choix d’un emballage pour la filière Fruits et Légumes frais construit sur une démarche d’ingénierie des connaissances
  63. SOLEIL nous éclaire sur la structure des protéines stabilisatrices des réserves lipidiques de plantes oléagineuses
  64. Un zoom sur le processus d’assemblage multi-échelle des protéines 
  65. Maîtrise du séchage de produits laitiers infantiles par la prise en compte des interactions eau-constituants
  66. Maîtriser l’acidité du vin par un procédé électro-membranaire : une nouvelle pratique œnologique autorisée en Europe et dans les pays viticoles du nouveau monde
  67. Stratégies de réduction du taux de sodium dans les aliments
  68. Pour une meilleure persistance de Lactococcus lactis dans le tractus digestif
  69. L’allergie alimentaire au blé : une histoire d’épitopes
  70. Des essais sur un modèle de souris allergiques révèlent le fort potentiel allergisant d’un procédé alimentaire : la désamidation du gluten de blé
  71. Protéger les lipides omega-3 de l’oxydation : le rôle clé des émulsifiants
  72. Quel impact de la cuisson sur la qualité des viandes ? Des images aux modèles mathématiques.
  73. Comment améliorer le pouvoir moussant des protéines ?
  74. Une cellule d’observation sous cisaillement de gels, mousses, pâtes et autres systèmes complexes
  75. Vers une compréhension des mécanismes impliqués dans la synthèse de tanins astringents
  76. Fractionnement du lait : des procédés membranaires éco-performants
  77. Qualité des vins : de l'oxygène un peu, beaucoup, ... pas du tout ?
  78. Obtenir des émulsions très stables sans tensioactifs grâce à des nanocristaux de polysaccharides issus de la biomasse.
  79. Découverte de nouvelles enzymes de dégradation des polysaccharides végétaux dans le microbiome intestinal humain
  80. La cutine de la peau des tomates pour de nouveaux polymères
  81. La texture des fruits : phénotypage et chémotypage de déterminants histologiques et pariétaux
  82. Simulation de la fragmentation orale d'aliments céréaliers fragiles ... Scrountch !
  83. La déglutition, un carrefour physiologique clé pour libérer les arômes 
  84. Un nouveau procédé de cuisson des viandes sous dioxyde de carbone pour réduire l'apparition de composés indésirables
  85. Dénaturation thermique des protéines musculaires par microspectroscopie FT IR localisée couplée au rayonnement synchrotron
  86. Des résines époxy biosourcées, sans bisphénol A, à partir de polyphénols naturels
  87. Structure d'un colloïde naturel : la micelle de caséine du lait
  88. Identification d'une souche d'Aspergillus qui améliore de 20% le rendement en glucose de la biomasse en conditions industrielles
  89. Une enzyme impliquée dans la polymérisation de la cutine
  90. Une farine de blé dur adaptée à la fabrication de baguettes traditionnelles
  91. Le virtuel pour guider la construction d’enzymes « sur mesure »
  92. Jusqu’où est-il possible de réduire la teneur en sel dans les charcuteries cuites ?
  93. Diffusion des molécules organiques dans les matériaux polymères : retour sur les lois connues
  94. Mousse intelligente : différentes manières de détruire une mousse sur demande !
  95. La Datte, riche en tanins et pourtant ni amère ni astringente
  96. Réduire la teneur en sel des aliments
  97. Recherches et innovations 2014

Le virtuel pour guider la construction d’enzymes « sur mesure »

Comment obtenir des enzymes plus actives, reconnaissant le substrat voulu, résistantes aux solvants organiques ou encore à la chaleur ? En passant au crible leur séquence et en étudiant leur conformation, la modélisation moléculaire et plus particulièrement le « design computationnel de protéines » permet de prédire les mutations pertinentes à introduire pour conférer aux enzymes les propriétés souhaitées. Des équipes toulousaines ont eu l’idée d’y intégrer des techniques issues de la robotique et de l’intelligence artificielle. Elles ont ainsi amélioré les performances des méthodes existantes, en finesse de représentation des enzymes et en rapidité de calcul.

Mis à jour le 14/02/2014
Publié le 10/01/2014
Mots-clés :

Les technologies d’ingénierie des protéines offrent aujourd’hui des possibilités inédites pour la construction d’enzymes « sur mesure ». Au cœur de ces stratégies, la modélisation moléculaire, et plus particulièrement le design computationnel de protéines (CPD), joue un rôle majeur pour rationaliser et accélérer le développement de nouveaux catalyseurs enzymatiques. Prenant appui sur des formalismes issus du monde de l’intelligence artificielle, des outils in silico originaux et performants ont été développés pour dépasser les limites des approches existantes.  Ces avancées technologiques innovantes offrent de nouvelles opportunités pour le développement de catalyseurs enzymatiques pour les biotechnologies.

Les méthodes CPD : un rôle à jouer dans les biotechnologies

Le design d’enzyme est un défi majeur pour la conception de bioprocédés et la valorisation de la biomasse renouvelable. L’objectif du CPD est la prédiction des mutations pertinentes d’acides aminés à introduire dans l’enzyme pour la doter des propriétés désirées (reconnaissance de substrats non-naturels, activité accrue, résistance aux solvants organiques, stabilité thermique…), et ce afin de limiter les efforts expérimentaux. Malgré les avancées récentes et remarquables dans ce domaine, des progrès sont encore nécessaires, notamment dans la prise en compte de la flexibilité moléculaire et du traitement efficace de la combinatoire de séquences, pour accroître la fiabilité des prédictions de design. L’essor de ces méthodes demeure fortement limité par des verrous méthodologiques nécessitant de faire appel à des formalismes nouveaux.

« Thinking outside the box » : de nouveaux outils de criblage virtuel plus performants pour guider l’ingénierie d’enzymes 

S’inspirant des méthodologies à la pointe de la recherche dans les domaines de la robotique (planification du mouvement) et de l’informatique (optimisation de la combinatoire), de nouveaux outils dédiés au design computationnel d’enzymes sont conjointement développés par des chercheurs du Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés, du Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes et  de l’unité de Mathématiques et Informatique Appliquées de Toulouse.

Par analogie avec les robots, les algorithmes de planification du mouvement ont été adaptés à la simulation des mouvements macromoléculaires de large amplitude spatio-temporelle, difficilement accessibles par des approches classiques de modélisation moléculaire. Ces méthodes se sont révélées extrêmement performantes (avec des temps de calcul très courts, de l’ordre de la seconde à l’heure sur monoprocesseur) pour l’étude du rôle des mouvements des protéines sur leurs fonctions, tels que ceux contrôlant la reconnaissance Enzyme-Substrat au cours de la catalyse. Plus récemment, dans le cadre du projet ANR ProtiCAD (2013-2016), ces méthodes sont mises à profit pour prendre en compte la flexibilité moléculaire dans les nouveaux outils de CPD, en particulier du squelette protéique et du ligand, souvent considérés statiques dans les approches actuelles.

Un autre enjeu majeur du CPD est d’adresser la complexité de l’espace combinatoire de haute dimension (composé des séquences mais également des conformations des acides aminés dans le cas où la flexibilité est prise en compte) qui devient rapidement hors de portée des méthodes de calcul utilisées actuellement en CPD. Pour lever ce verrou, des algorithmes de pointe en informatique appliquée (programmation par contraintes pondérées, réseaux de fonctions de coût) ont été adaptés aux spécificités du CPD. Ces méthodes se sont avérées, à la fois plus rapides et plus efficaces, pour traiter des problèmes de design de très haute complexité. Elles surpassent de façon remarquable  les méthodes de l’état de l’art de plusieurs ordres de grandeur en termes de temps CPU (avec des temps de calcul très courts, allant de moins d’une seconde à quelques minutes), permettant ainsi de résoudre de nombreux cas de CPD non résolus par ces autres méthodes.

Vers une représentation multi-échelle et dynamique du processus enzymatique

Ces outils uniques de par leurs fondements et les résultats prometteurs obtenus devraient rendre possible à terme une représentation multi-échelle du processus enzymatique, incluant la cascade d’évènements dynamiques se produisant au cours de la catalyse, et ce afin de proposer un outil de criblage virtuel intégré capable de guider la construction «à façon» de nouvelles enzymes d’intérêt pour la recherche en biologie de synthèse et les biotechnologies industrielles.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Isabelle André, Laboratoire d’ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
  • Sophie Barbe, Laboratoire d’ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
Contact(s) partenaire(s) :
LAAS (CNRS Toulouse) : T. Siméon, J. Cortés -, Ecole Polytechnique : T. Simonson, T. Gaillard -, Société SIEMENS (ex- KINEO) : E. Ferré -, MIAT (INRA, Département MIA) : T. Schiex, G. Katsirelos, S. De Givry, D. Allouche
Financements :
Département CEPIA & Région Midi-Pyrénées & Agreenium: Thèse de S. Traoré (2011-2014) -, ANR Modèles Numériques (ProtiCAD, 2013-2016) : Post-Doctorat de C. Topham (2013-2015)
Département(s) associé(s) :
Caractérisation et élaboration des produits issus de l’agriculture
Centre(s) associé(s) :
Occitanie-Toulouse

En savoir plus

  • Traoré S., Allouche D., André I., de Givry S., Katsirelos G., Schiex T. and Barbe S. 2013. A New Framework for Computational Protein Design through Cost Function Network OptimizationBioinformatics, 29(17), 2129-2136
  • Allouche D., Traore S., André I., de Givry S., Katsirelos G., Barbe S., and Schiex T.2012. Computational Protein Design as a Cost Function Network Optimization Problem.Proceedings of CP2012. Selected Research Paper. 18th International  Conference on Principles and Practice of Constraint Programming, Québec , Canada from 8-12th October 2012
  • Barbe S., Remaud-Simeon M., André I., Siméon T., and Cortés J..  Méthodes inspirées de la robotique pour l’ingénierie des protéines. Magazine de l’UPS, Nov. 2012, 27, pp13. http://www.univ-tlse3.fr/servlet/com.univ.collaboratif.utils.LectureFichiergw?CODE_FICHIER=1351257194989&ID_FICHE=184050
  • Barbe S, Cortés J, Siméon T, Monsan P, Remaud-Siméon M, André I. 2011.Solvent-dependant Lid Motions of Burkholderia cepacia Lipase Investigated by a Mixed Molecular Modelling and Robotics Approach.Proteins: Structure, Function and Bioinformatics. 79(8):2517-29.
  • Cortés J, Barbe S, Erard M, Siméon T.Encoding molecular motions in voxel maps.2011. IEEE/ACM Trans. Comput. Biol. Bioinform.8(2):557-63
  • Lafaquière V, Barbe S, Puech-Guenot S, Guieysse D, Cortés J, Monsan P, Siméon T, André I, Remaud-Siméon M. 2009. Control of lipase enantioselectivity by engineering the substrate binding site and access channel. ChemBioChem 10(17):2760-2771.