Insolubilisation de laccase et de tyrosinase pour la transformation enzymatique de produits pharmaceutiques phenoliques dans les eaux usees

Au cours des dernieres decennies, un nombre croissant de micropolluants organiques a ete detecte et quantifie dans l'environnement a de faibles concentrations echappant aux procedes conventionnels de traitement des stations d'epuration dont les effluents constituent des sources majeures de deversement. Parmi ces micropolluants bons nombres sont des molecules pharmaceutiques a structure aromatique ou phenolique. Ces molecules pharmaceutiques restent generalement biologiquement actives meme dans les matrices environnementales d'ou les nombreuses preoccupations au sujet de leurs risques et impacts averes ou inconnus sur les ecosystemes et la sante. Plusieurs methodes de traitement incluant des methodes biologiques, adsorption, filtrations membranaires et oxydations avancees ont ete experimentees pour l'elimination de ces contaminants pharmaceutiques dans les eaux usees. Bien que dans de nombreux cas ces methodes fournissent une efficacite elevee d'elimination des composes recalcitrants cibles, elles generent souvent des sous-produits de toxicite plus elevee que le compose parent ou sont associees a des couts eleves d'investissement ou d'exploitation. En outre, plusieurs enzymes oxydatives dont la laccase et la tyrosinase ont demontre leurs capacites a transformer des micropolluants aromatiques et phenoliques en solution en des macromolecules qui precipitent et qui peuvent etre ensuite separees de la solution. Ces deux phenoloxidases catalysent la transformation des composes phenoliques en n'utilisant que l'oxygene moleculaire comme unique cofacteur avec production d'eau.;Une revue litteraire approfondie a ete faite sur les caracteristiques des laccases en relation avec l'elimination des composes phenoliques en solution. Ce qui a permis de faire ressortir un consensus general exprime chez differents auteurs sur la necessite d'immobiliser la laccase sur des supports, de la claustrer dans des capsules ou de l'insolubiliser sous forme d'agregats d'enzymes reticulees (cross-linked enzymes aggreagtes ou CLEAs). Cette derniere technique offre avantageusement un meilleur ratio de masse par volume de biocatalyseur tout en ameliorant ses caracteristiques catalytiques. Elle permet aussi de remedier a la dilution de l'activite de l'enzyme sur le support ou dans la capsule observee avec les deux premieres techniques. Finalement, une nouvelle technique d'insolubilisation en combinant deux ou plusieurs enzymes de caracteristiques differentes (combination of cross-linked enzymes aggreagtes ou combi-CLEAs) est proposee comme nouvelle approche permettant l'elimination d'une gamme de substrats plus elargie.;Ainsi, la laccase fongique de la souche de Trametes versicolor (TvL) et une laccase bacterienne metzyme (MZL) ayant leur pHs optima a 4 et 8, respectivement, ont ete insolubilisees sous forme de combi-CLEA. Le combi-CLEA demeure actif aussi bien en pH acide qu'alcalin. Les etudes de temperatures ont permis de determiner que la temperature optimale du combi-CLEA est a 50 °C et que sa stabilite thermique est superieure a chacune des deux laccases libres. L'application du combi-CLEA a des echantillons d'eau usee d'usine de pâte et papier a permis de reduite de 70% sa DCO totale. Finalement, le recyclage du combi-CLEA a aussi ete mis en evidence par son activite residuelle apres deux cycles d'utilisation dans le traitement des echantillons de l'eau usee.;Subsequemment, les caracteristiques catalytiques de la tyrosinase sont examinees et des exemples de son insolubilisation en CLEA trouves dans la litterature sont fournis. Il apparait aussi que plusieurs composes phenoliques et aromatiques y compris les chlorophenols, fluorophenols, les alkylphenols, les colorants azoiques ont fait l'objet d'elimination dans les eaux usees par la tyrosinase. Ceci demontre donc le fort potentiel qu'a cette enzyme aussi a eliminer les micropolluants pharmaceutiques phenoliques.;Ensuite, la tyrosinase de champignon avec un pH optimum a 7 a ete substituee a la MZL pour former un combi-CLEA avec la TvL. Le combi-CLEA a exhibe une grande activite enzymatique aux pH 5-8 et temperatures 5-30 °C, une resistance significative a la denaturation. Aucune alteration des performances catalytiques du combi-CLEA comparees a celles des enzymes libres qui la constituent n'a en outre ete observee en se basant sur l'etude des parametres cinetiques de Michaelis-Menten. L' application en mode cuvee du combi-CLEA a permis de transformer plus de 80% a pres de 100% l'acetaminophene dans l'eau usee municipale et a plus de 90 % dans l'eau usee hospitaliere. Une etude d'identification des produits de transformation de l'acetaminophene a montre la formation de ses oligomeres sous formes de dimeres, trimeres et tetrameres due a la laccase et de 3-hydroxyacetaminophen due a la tyrosinase.;Finalement, les travaux de cette these suggerent un reel potentiel d'application de la laccase et de la tyrosinase insolubilisees pour l'elimination de micropolluants phenoliques dans les eaux usees.