Comment "dompter" les bactéries pour une production durable de plastique
Une équipe de recherche de l'université de Giessen développe un nouveau système de contrôle sur mesure de l'expression des gènes
De nombreuses bactéries ont un grand potentiel pour la biotechnologie, par exemple pour la production de bioplastiques ou d'autres matériaux utilisables dans l'industrie. Mais il est souvent difficile de "dompter" les types sauvages de ces bactéries intéressantes pour la biotechnologie, c'est-à-dire de les amener à produire la substance souhaitée. La clé pour apprivoiser les bactéries réside dans le contrôle de l'expression de leurs gènes, notamment ceux qui sont importants pour la production et la dégradation de la substance souhaitée. Une équipe de recherche dirigée par le Dr Matthew McIntosh à l'Institut de microbiologie et de biologie moléculaire de l'Université Justus Liebig de Giessen (JLU) a maintenant mis au point un nouveau système de contrôle sur mesure de l'expression des gènes, pour lequel une demande de brevet est déjà en cours. L'expression des gènes contrôle la néosynthèse de protéines qui remplissent certaines fonctions dans la cellule.
Les cellules de type sauvage de la bactérie Rhodobacter sphaeroides (illustration de gauche) ont été modifiées à l'aide de la nouvelle technique ACIT afin d'augmenter la taille des cellules. Dans les cellules agrandies (illustration de droite), on peut voir en jaune l'accumulation de la molécule de stockage d'énergie déposée, le polyhydroxybutyrate (PHB), qui sert de base aux plastiques biodégradables.
Matthew McIntosh
Le nouveau système s'appelle ACIT (Alphaproteobacteria chromosomally integrating transcription-control cassette). Au cœur de cette invention se trouve la capacité d'adapter rapidement les mécanismes de contrôle génétique aux bactéries spécifiques et aux conditions de croissance. "Certains systèmes connus de contrôle de l'expression des gènes peuvent être utilisés dans des organismes modèles comme E. coli après des années de réglage fin, mais ne fonctionnent pas bien dans de nombreux types sauvages d'intérêt biotechnologique", explique le Dr Matthew McIntosh. "Les problèmes typiques sont une expression faible ou incontrôlée". Cependant, le système ACIT offre également une base pour contrôler l'expression des gènes dans des bactéries moins étudiées.
Dans l'étude, l'équipe de recherche montre entre autres que le système ACIT permet d'allonger une cellule bactérienne de 100 fois et de créer ainsi plus d'espace de stockage pour les polymères utiles qui s'accumulent dans la cellule. Il est par exemple possible de produire à bas prix la molécule de stockage d'énergie entièrement biodégradable qu'est le polyhydroxybutyrate (PHB), utilisé dans l'industrie comme base pour le plastique biodégradable. Une expression génétique contrôlée est utile pour une multitude d'autres applications biotechnologiques, mais aussi pour l'étude de la régulation et de la fonction des gènes chez les bactéries.
Le Dr Matthew McIntosh effectue des recherches à la JLU depuis l'année 2018. Son équipe se concentre sur la construction de nouvelles voies régulatrices qui peuvent optimiser l'expression des gènes dans toute bactérie d'intérêt, en particulier pour la fermentation. En outre, les projets de recherche actuels se concentrent sur le développement de microbes capables de dégrader les déchets ou d'autres sources de biomasse bon marché - par exemple les déchets agricoles, les vieux papiers ou les algues - afin de produire des polymères économiques utiles à l'industrie.
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