Les champignons filamenteux sont des organismes spécialisés dans la dégradation de la biomasse végétale. Cette capacité est exploitée dans la décomposition de la biomasse lignocellulosique en vue de produire des biocarburants de 2e génération.
IFPEN a piloté un travail de recherche sur l’exploration de la biodiversité fongique et la compréhension des mécanismes de dégradation. Ce travail visait à améliorer la portée de cette dégradation et à permettre sa mise en œuvre optimale dans une perspective industrielle. Les résultats ont démontré que l’ajout du champignon Podospora anserina à la base de Trichoderma reesei augmente l’efficacité du mélange enzymatique produit : on obtient ainsi une augmentation du rendement d’hydrolyse de la paille de blé prétraité pouvant aller jusqu’à 17 %.
Une étape importante de la production de biocarburants de 2e génération par voie biochimique est la décomposition enzymatique de la biomasse lignocellulosique en sucres fermentescibles.Les enzymes sont produites par le champignon filamenteux Trichoderma reesei qui produit un cocktail de cellulases et hémicellulases pour la dégradation de la paroi végétale. Même si ce microorganisme est capable de sécréter une grande quantité d’enzymes, ce cocktail est relativement peu diversifié. Dans le but d’améliorer l’activité globale du mélange enzymatique, un travail de thèse a exploré le potentiel des enzymes provenant d’autres champignons à complémenter ce cocktail.
En collaboration avec des équipes de recherche académiques (1) de l’INRA et du CNRS, les chercheurs en biotechnologies d’IFPEN ont étudié les enzymes lignocellulolytiques du champignon filamenteux Podospora anserina via des analyses génomique et protéomique. Ce champignon était en effet apparu intéressant de par son habitat – il est un des derniers à apparaître sur les excréments des ruminants, ce qui montre sa capacité à se nourrir des substrats récalcitrants – et de par son arsenal d’enzymes lignolytiques et cellulolytiques qui est un des plus importants parmi toutes les espèces fongiques séquencées à ce jour.
Après induction de ses enzymes par différents substrats cellulosiques, les sécrétomes produits ont conduit à une augmentation du rendement d’hydrolyse de la paille de blé prétraité pouvant atteindre 17 % par rapport au cocktail enzymatique de T. reesei seul. Une analyse de la composition des deux sécretomes les plus efficaces a mis en évidence plusieurs cellulases et enzymes oxydatives agissant sur la cellulose (lytic polysaccaride monooxygenases ou LPMO), qui sont potentiellement à l’origine de l’effet boost.
En complément, trois cellulases issues de la même famille des glycoside hydrolases (GH6) ont été caractérisées au niveau biochimique. Les chercheurs ont ainsi pu démontrer un mode d’action différent, en accord avec les prédictions des structures tri-dimensionnelles(2). En effet, pour une des enzymes, la deuxième boucle renfermant le site catalytique (flèche bleue sur la figure ci-dessous) est absente, suggérant une activité de type endoglucanase, ce qui a été mis en évidence expérimentalement.
L’ensemble des résultats obtenus démontre le fort potentiel d’une recherche approfondie de nouvelles enzymes produites par des espèces fongiques qui sont spécialisées dans la dégradation de la biomasse végétale récalcitrante. Ce type de recherche continue actuellement dans le cadre du projet ANR « Funlock » coordonné par le LBCF de l’INRA Marseille.
Image : Superposition des structures 3D modélisées de deux cellulases de Podospora anserina appartenant à la famille GH6
(1) UMR 1163 INRA/Université Aix-Marseille (Laboratoire de Biotechnologie des Champignons Filamenteux-LBCF) et UMR 6098 CNRS /Université Aix-Marseille (Architecture et Fonctions des Macromolécules Biologiques), dans le cadre du projet ANR E-Tricell.
(2) Réalisées à l’aide des serveurs Phyre et PyMOL.
Références :
L. Poidevin, JG. Berrin, C. Bennati-Granier, A. Levasseur, I. Herpoël-Gimbert, D. Chevret, P. M. Coutinho, B. Henrissat, S. Heiss-Blanque et E. Record – Comparative analyses of Podospora anserina secretomes reveal a large array of lignocellulose-active enzymes -Applied Microbiology and Biotechnology 2014, 98 (17): 7457-69
>> DOI: 10.1007/s00253-014-5698-3
L. Poidevin, J. Feliu, A. Doan, JG. Berrin, M. Bey, PM. Coutinho, B. Henrissat, E. Record et S. Heiss-Blanquet – Insights into exo- and endoglucanase activities of family 6 glycoside hydrolases from Podospora anserina – Applied Environmental Microbiology 2013, 79 (14): 4220-9
>> DOI: 10.1128/AEM.00327-13
et dans combien de temps, verra t on cette peite merveille biologique transformer nos résidus de paille (« pré traités » ???) devenir des agro carburants 2G ? Ce qui nous donnera un équivalent baril (159l) à quel prix ?