Réduire l'empreinte carbone du méthane en le convertissant en méthanol grâce à une nouvelle enzyme
Une équipe dirigée par le professeur Osami Shoji de l'université de Nagoya au Japon a mis au point une technologie permettant de convertir le méthane, principal composant du gaz naturel, en méthanol à température ambiante dans l'eau. Ils ont utilisé une enzyme qui peut être facilement produite en masse, offrant ainsi la possibilité d'un moyen bon marché et efficace de réduire l'empreinte carbone du gaz naturel. Ils ont publié leurs résultats dans la revue ACS Catalysis .
Une nouvelle technologie convertit un composant du gaz naturel, le méthane (à gauche), en méthanol (à droite), en utilisant l'enzyme P450BM3 (au milieu, en gris) avec une molécule leurre (au milieu, en couleur). Cette méthode peut être un moyen bon marché et efficace de réduire l'empreinte carbone du gaz naturel.
Ariyasu Shinya
Le méthane est le principal composant du gaz naturel et une ressource naturelle abondante. Cependant, il est chimiquement stable et nécessite d'énormes quantités d'énergie avant de subir une conversion chimique. Une solution consiste à convertir le méthane en méthanol. Le méthane peut être converti en méthanol, qui est plus propre que les autres combustibles fossiles et peut être facilement stocké et transporté. La conversion du méthane en méthanol peut se faire à l'aide de l'enzyme méthane monooxygénase. Toutefois, cette enzyme a une structure complexe, ce qui la rend difficile à manipuler et inadaptée à la production de masse.
Les enzymes sont généralement très spécifiques, souvent comparées à une clé pour une serrure particulière. On pensait qu'il était impossible de convertir le méthane en méthanol en utilisant des enzymes autres que la méthane monooxygénase. Cependant, le groupe de recherche s'est tourné vers ses travaux antérieurs sur l'ajout de molécules synthétisées chimiquement à une enzyme afin de modifier les caractéristiques de l'enzyme elle-même. Cela permet la conversion chimique de composés qui ne seraient normalement pas acceptés, un processus appelé système de méconnaissance des substrats.
"Dans ce système, des molécules artificielles appelées molécules leurres sont conçues et synthétisées pour ressembler aux composés, appelés substrats, que l'enzyme cible accepte habituellement", a déclaré Shoji. "Lorsqu'elles sont ajoutées à l'enzyme, celle-ci prend par erreur les "molécules-leurres" pour le composé cible original, et l'enzyme est activée. Si une molécule, dans ce cas le méthane, qui n'est normalement pas réactive, est ajoutée à l'enzyme, l'enzyme confondra la molécule leurre avec le composé cible original et l'absorbera. L'enzyme activée convertit alors le méthane en une autre molécule par 'erreur'".
Le groupe de recherche a utilisé la technologie de contrôle chimique des enzymes sur l'enzyme P450BM3. Cette enzyme hydroxyle les molécules d'acides gras à longue chaîne et a été utilisée pour convertir des substances similaires telles que le benzène, l'éthane et le propane. Cependant, comme ces substances sont plus réactives et plus grosses que le méthane, la conversion du méthane représentait un plus grand défi.
Le groupe a ensuite cherché des molécules leurres ayant une structure optimale pour ancrer la plus petite molécule de méthane dans la poche de réaction du P450BM3. Les chercheurs ont étudié une quarantaine de molécules qui s'étaient avérées efficaces dans l'hydroxylation de l'éthane à partir d'une bibliothèque d'environ 600 molécules-leurres. Shoji a confirmé que la molécule leurre la plus efficace pouvait convertir le méthane en méthanol dans l'eau à température ambiante.
"Lorsque nous l'avons testé, nous avons réussi à convertir le méthane en méthanol en utilisant le P450BM3", a déclaré Shoji. "Il s'agit d'une avancée passionnante car le P450BM3 est dérivé de la bactérie Priestia megaterium (anciennement Bacillus megaterium), ce qui le rend facile à manipuler et à produire en grandes quantités à l'aide d'E. coli. Cela en fait une nouvelle option attrayante pour l'utilisation efficace du gaz méthane".
Un jour, les molécules leurres pourraient permettre la conversion de composés moins difficiles que le méthane. "Nous pensons que cette technologie peut être développée pour devenir une technologie de conversion à faible consommation d'énergie et respectueuse de l'environnement pour de nombreux autres hydrocarbures que le méthane", a déclaré M. Shoji. "Par conséquent, elle devrait contribuer à promouvoir l'utilisation des enzymes dans la découverte de technologies de conversion de substances à faible impact environnemental au Japon. Nous nous attendons à ce que cette réalisation ait un impact significatif sur les domaines de la chimie catalytique et enzymatique."
Le Japon pourrait s'avérer être un site d'essai idéal pour leur technologie en raison des découvertes de grandes quantités de méthane enfouies sous forme d'hydrate de méthane dans les mers environnantes. Shoji est optimiste quant au potentiel d'utilisation de cette ressource inexploitée. Il a déclaré : "La mise au point de méthodes efficaces d'utilisation du méthane est une question importante pour résoudre les problèmes environnementaux et accroître l'efficacité de l'utilisation des ressources. Nous espérons que nos recherches contribueront à résoudre le problème des ressources naturelles limitées au Japon."
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.
Publication originale
Shinya Ariyasu, Kai Yonemura, Chie Kasai, Yuichiro Aiba, Hiroki Onoda, Yuma Shisaka, Hiroshi Sugimoto, Takehiko Tosha, Minoru Kubo, Takashi Kamachi, Kazunari Yoshizawa, Osami Shoji; "Catalytic Oxidation of Methane by Wild-Type Cytochrome P450BM3 with Chemically Evolved Decoy Molecules"; ACS Catalysis, Volume 13, 2023-6-14
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