Details

Autor(en) / Beteiligte

• Ba, Sidy

Titel

Insolubilisation de laccase et de tyrosinase pour la transformation enzymatique de produits pharmaceutiques phénoliques dans les eaux usées

Ort / Verlag

ProQuest Dissertations & Theses

Erscheinungsjahr

2014

Quelle

ProQuest Dissertations & Theses A&I

Beschreibungen/Notizen

• Au cours des dernières décennies, un nombre croissant de micropolluants organiques a été détecté et quantifié dans l'environnement à de faibles concentrations échappant aux procédés conventionnels de traitement des stations d'épuration dont les effluents constituent des sources majeures de déversement. Parmi ces micropolluants bons nombres sont des molécules pharmaceutiques à structure aromatique ou phénolique. Ces molécules pharmaceutiques restent généralement biologiquement actives même dans les matrices environnementales d'où les nombreuses préoccupations au sujet de leurs risques et impacts avérés ou inconnus sur les écosystèmes et la santé. Plusieurs méthodes de traitement incluant des méthodes biologiques, adsorption, filtrations membranaires et oxydations avancées ont été expérimentées pour l'élimination de ces contaminants pharmaceutiques dans les eaux usées. Bien que dans de nombreux cas ces méthodes fournissent une efficacité élevée d'élimination des composés récalcitrants ciblés, elles génèrent souvent des sous-produits de toxicité plus élevée que le composé parent ou sont associées à des coûts élevés d'investissement ou d'exploitation. En outre, plusieurs enzymes oxydatives dont la laccase et la tyrosinase ont démontré leurs capacités à transformer des micropolluants aromatiques et phénoliques en solution en des macromolécules qui précipitent et qui peuvent être ensuite séparées de la solution. Ces deux phénoloxidases catalysent la transformation des composés phénoliques en n'utilisant que l'oxygène moléculaire comme unique cofacteur avec production d'eau. Une revue littéraire approfondie a été faite sur les caractéristiques des laccases en relation avec l'élimination des composés phénoliques en solution. Ce qui a permis de faire ressortir un consensus général exprimé chez différents auteurs sur la nécessité d'immobiliser la laccase sur des supports, de la claustrer dans des capsules ou de l'insolubiliser sous forme d'agrégats d'enzymes réticulées (cross-linked enzymes aggreagtes ou CLEAs). Cette dernière technique offre avantageusement un meilleur ratio de masse par volume de biocatalyseur tout en améliorant ses caractéristiques catalytiques. Elle permet aussi de remédier à la dilution de l'activité de l'enzyme sur le support ou dans la capsule observée avec les deux premières techniques. Finalement, une nouvelle technique d'insolubilisation en combinant deux ou plusieurs enzymes de caractéristiques différentes (combination of cross-linked enzymes aggreagtes ou combi-CLEAs) est proposée comme nouvelle approche permettant l'élimination d'une gamme de substrats plus élargie. Ainsi, la laccase fongique de la souche de Trametes versicolor (TvL) et une laccase bactérienne metzyme (MZL) ayant leur pHs optima à 4 et 8, respectivement, ont été insolubilisées sous forme de combi-CLEA. Le combi-CLEA demeure actif aussi bien en pH acide qu'alcalin. Les études de températures ont permis de déterminer que la température optimale du combi-CLEA est à 50 °C et que sa stabilité thermique est supérieure à chacune des deux laccases libres. L'application du combi-CLEA à des échantillons d'eau usée d'usine de pâte et papier a permis de réduite de 70% sa DCO totale. Finalement, le recyclage du combi-CLEA a aussi été mis en évidence par son activité résiduelle après deux cycles d'utilisation dans le traitement des échantillons de l'eau usée. Subséquemment, les caractéristiques catalytiques de la tyrosinase sont examinées et des exemples de son insolubilisation en CLEA trouvés dans la littérature sont fournis. Il apparaît aussi que plusieurs composés phénoliques et aromatiques y compris les chlorophénols, fluorophénols, les alkylphénols, les colorants azoïques ont fait l'objet d'élimination dans les eaux usées par la tyrosinase. Ceci démontre donc le fort potentiel qu'a cette enzyme aussi à éliminer les micropolluants pharmaceutiques phénoliques. Ensuite, la tyrosinase de champignon avec un pH optimum à 7 a été substituée à la MZL pour former un combi-CLEA avec la TvL. Le combi-CLEA a exhibé une grande activité enzymatique aux pH 5-8 et températures 5-30 °C, une résistance significative à la dénaturation. Aucune altération des performances catalytiques du combi-CLEA comparées à celles des enzymes libres qui la constituent n'a en outre été observée en se basant sur l'étude des paramètres cinétiques de Michaelis-Menten. L' application en mode cuvée du combi-CLEA a permis de transformer plus de 80% à près de 100% l'acetaminophène dans l'eau usée municipale et à plus de 90 % dans l'eau usée hospitalière. Une étude d'identification des produits de transformation de l'acetaminophène a montré la formation de ses oligomères sous formes de dimères, trimères et tétramères due à la laccase et de 3-hydroxyacetaminophen due à la tyrosinase. Finalement, les travaux de cette thèse suggèrent un réel potentiel d'application de la laccase et de la tyrosinase insolubilisées pour l'élimination de micropolluants phénoliques dans les eaux usées.