De minuscules microbes pourraient apporter de grands avantages à la biofabrication verte
Cette découverte pourrait permettre de réduire les émissions de gaz à effet de serre liées à la fabrication de carburants, de médicaments et de produits chimiques.
Les scientifiques trouvent dans les bactéries une nouvelle voie pour décarboniser l'industrie. Une équipe de recherche dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et l'UC Berkeley a conçu des bactéries pour produire des produits carbonés naturels qui pourraient constituer une voie puissante vers des produits biochimiques durables.
Breakthrough offre des alternatives durables aux processus de fabrication chimique qui reposent généralement sur les combustibles fossiles.
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Au cours d'expériences menées au Joint BioEnergy Institute du DOE, des chercheurs ont observé une souche modifiée de la bactérie Streptomyces qui produisait des cyclopropanes, des molécules à haute énergie qui pourraient être utilisées dans la production durable de nouveaux composés bioactifs et de biocarburants avancés.
Jing Huang/Berkeley Lab
Cette avancée, récemment annoncée dans la revue Nature, utilise des bactéries pour combiner des réactions enzymatiques naturelles avec une réaction nouvelle pour la nature appelée "réaction de transfert de carbène". Ces travaux pourraient également contribuer un jour à réduire les émissions industrielles, car ils offrent des alternatives durables aux processus de fabrication de produits chimiques qui reposent généralement sur les combustibles fossiles.
"Ce que nous avons montré dans cet article, c'est que nous pouvons tout synthétiser dans cette réaction - des enzymes naturelles aux carbènes - à l'intérieur de la cellule bactérienne. Il suffit d'ajouter du sucre et les cellules font le reste", a déclaré Jay Keasling, chercheur principal de l'étude et directeur général du Joint BioEnergy Institute (JBEI) du ministère de l'énergie.
Les carbènes sont des produits chimiques à base de carbone très réactifs qui peuvent être utilisés dans de nombreux types de réactions. Depuis des décennies, les scientifiques souhaitent utiliser les réactions carbéniques dans la fabrication de carburants et de produits chimiques, ainsi que dans la découverte et la synthèse de médicaments.
Mais ces processus de carbène ne pouvaient être réalisés qu'en petits lots dans des tubes à essai et nécessitaient des substances chimiques coûteuses pour conduire la réaction.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont remplacé les réactifs chimiques coûteux par des produits naturels qui peuvent être produits par une souche modifiée de la bactérie Streptomyces. Étant donné que la bactérie utilise le sucre pour produire des produits chimiques par le biais du métabolisme cellulaire, "ce travail nous permet d'effectuer la chimie des carbènes sans les solvants ou les gaz toxiques généralement utilisés dans la synthèse chimique", a déclaré le premier auteur, Jing Huang, chercheur postdoctoral au laboratoire Keasling du Berkeley Lab. "Ce processus biologique est beaucoup plus respectueux de l'environnement que la façon dont les produits chimiques sont synthétisés aujourd'hui", a déclaré Huang.
Au cours des expériences menées au JBEI, les chercheurs ont observé la bactérie modifiée alors qu'elle métabolisait et convertissait les sucres en précurseur de carbène et en substrat d'alcène. La bactérie a également exprimé une enzyme P450 évoluée qui a utilisé ces produits chimiques pour produire des cyclopropanes, des molécules à haute énergie qui pourraient potentiellement être utilisées dans la production durable de nouveaux composés bioactifs et de biocarburants avancés. "Nous pouvons désormais réaliser ces réactions intéressantes à l'intérieur de la cellule bactérienne. Les cellules produisent tous les réactifs et les cofacteurs, ce qui signifie qu'il est possible d'étendre cette réaction à de très grandes échelles" pour une fabrication de masse, a déclaré M. Keasling.
Recruter des bactéries pour synthétiser des produits chimiques pourrait également jouer un rôle essentiel dans la réduction des émissions de carbone, a déclaré M. Huang. Selon d'autres chercheurs du Berkeley Lab, près de 50 % des émissions de gaz à effet de serre proviennent de la production de produits chimiques, de fer et d'acier, et de ciment. Selon un récent rapport du groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, pour limiter le réchauffement de la planète à 1,5 degré Celsius au-dessus des niveaux préindustriels, il faudra réduire de moitié les émissions de gaz à effet de serre d'ici à 2030.
Selon M. Huang, bien que ce système entièrement intégré puisse être envisagé pour un grand nombre de molécules donneuses de carbène et de substrats d'alcène, il n'est pas encore prêt à être commercialisé.
"Pour chaque nouvelle avancée, quelqu'un doit faire le premier pas. Et en science, cela peut prendre des années avant de réussir. Mais il faut continuer à essayer - nous ne pouvons pas nous permettre d'abandonner. J'espère que nos travaux inciteront d'autres personnes à poursuivre la recherche de solutions de biofabrication plus écologiques et durables", a déclaré M. Huang.
Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences et le Bureau de la recherche biologique et environnementale du ministère de l'énergie. Un soutien supplémentaire a été apporté par la National Science Foundation.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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