Les plus petites formes de vie sont souvent sollicitées pour résoudre les plus grands problèmes. Les microbes, par exemple, sont utilisés pour la production d’aliments et de boissons, le traitement des déchets, la dépollution et même la conversion de sucres végétaux en biocarburants. Aujourd’hui, des chercheurs américains ont franchi une nouvelle étape en créant des bactéries capables de produire simultanément deux produits chimiques à partir de fibres végétales sous-utilisées.
Une première dans le monde des microbes
« À ma connaissance, c’est l’une des premières fois que l’on peut produire deux produits précieux simultanément dans un seul microbe », indique en substance Tim Donohue, professeur de bactériologie à l’UW-Madison et directeur du Great Lakes Bioenergy Research Center. Cette découverte, détaillée dans un article de la revue Applied and Environmental Microbiology, pourrait contribuer à rendre les biocarburants plus durables et économiquement viables.
« En principe, la stratégie réduit les émissions nettes de gaz à effet de serre et améliore l’économie », ajoute le Professeur Donohue. « L’énergie et les gaz à effet de serre nécessaires pour produire deux produits dans un seul pot seront inférieurs à ceux nécessaires pour faire fonctionner deux pots pour produire un produit dans chaque pot. »
Chaque molécule compte
La quête de remplacement des combustibles fossiles par des alternatives durables repose sur l’extraction de la plus grande valeur possible de la biomasse renouvelable. Tout comme avec les pétrochimiques, chaque molécule compte : les produits à faible volume et à haute valeur aident à maintenir le carburant plus abordable.
L’un des plus grands obstacles est une partie de la paroi cellulaire de la plante appelée lignine. La lignine est la source la plus abondante au monde de carbones aromatiques renouvelables, mais sa structure irrégulière la rend notoirement difficile à décomposer en composants utiles.
Un microbe nommé Novosphingobium aromaticivorans
Les scientifiques du GLBRC ont étudié une bactérie nommée Novosphingobium aromaticivorans (parfois simplement appelée Novo), qui peut digérer de nombreux composants de la lignine et est relativement facile à modifier génétiquement.
En 2019, les chercheurs ont créé une souche de Novo capable de produire un ingrédient clé des plastiques comme le nylon et le polyuréthane, connu sous le nom de PDC. Plus récemment, une équipe du laboratoire de Tim Donohue a découvert une autre modification qui permet à Novo de produire un autre ingrédient plastique appelé ccMA.
Un pot, deux produits
Ben Hall, un doctorant qui a contribué à la recherche, s’est alors demandé ce qui se passerait s’il combinait les modifications génétiques nécessaires pour produire du PDC et un caroténoïde dans le même microbe.
Les souches résultantes ont produit à la fois du PDC et le caroténoïde cible, sans perte discernable de rendement pour l’un ou l’autre. Mieux encore, les bactéries accumulaient les caroténoïdes dans leurs cellules, qui devaient être séparées de la solution contenant le PDC, qu’elles sécrétaient.
En synthèse
Alors qu’il existe des marchés lucratifs pour chacun de ces produits, Tim Donohue et Ben Hall affirment que la véritable valeur de la découverte réside dans la capacité d’ajouter plusieurs fonctions à cette plateforme biologique.
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« Pour moi, c’est à la fois la stratégie et les produits », conclu Tim Donohue. « Maintenant que nous avons fait cela, je pense que cela ouvre la porte pour voir si nous pouvons créer d’autres châssis microbiens qui produisent deux produits. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la lignine ?
La lignine est une partie de la paroi cellulaire des plantes qui est notoirement difficile à décomposer en composants utiles.
Qu’est-ce que Novosphingobium aromaticivorans ?
Novosphingobium aromaticivorans est une bactérie qui peut digérer de nombreux composants de la lignine et est relativement facile à modifier génétiquement.
Quels sont les produits que ces bactéries peuvent produire ?
Les bactéries peuvent produire du PDC, un ingrédient clé des plastiques comme le nylon et le polyuréthane, et des caroténoïdes, des pigments organiques utilisés dans les compléments alimentaires, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques.
Quel est l’impact de cette découverte sur l’environnement ?
La production simultanée de deux produits dans un seul pot réduit les émissions nettes de gaz à effet de serre et améliore l’économie.
Quelles sont les prochaines étapes ?
Les prochaines étapes comprennent des tests pour voir si les souches modifiées peuvent simultanément produire des caroténoïdes et du ccMA, et l’ingénierie de souches pour améliorer les rendements dans des conditions industrielles.
Références
Légende illustration principale : Les recherches de Ben Hall, récemment diplômé de l’UW-Madison, ont montré qu’il était possible de modifier la bactérie Novosphingobium aromaticivorans pour qu’elle produise simultanément deux produits chimiques précieux à partir d’une partie sous-utilisée des cellules végétales appelée lignine. Crédit : Chelsea Mamott / University of Wisconsin–Madison
Article : « Production of carotenoids from aromatics and pretreated lignocellulosic biomass by Novosphingobium aromaticivorans » – DOI: 10.1128/aem.01268-23
