Du bioéthanol cellulosique à l’aide d’enzymes modifiés

Des chercheurs de la California Institute of technology (Caltech) et de la compagnie DNA2.0** ont collaboré à la mise au point de nouvelles enzymes capables de dégrader la cellulose en sucres simples.

Ces travaux ont été publiés dans la revue "The Proceding of the National Academy of Sciences", le 23 mars 2009. Frances H. Arnold et les chimistes Dick et Barbara Dickinson ont mis au point par la voie génétique, 15 nouvelles enzymes d’origine fongique stables à haute température, catalysant l’hydrolyse de la cellulose en sucres simples. Jusqu’à présent moins de 10 enzymes d’origine fongique et de type cellobiohydrolase II étaient connues.

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La transformation de la lignine et de la cellulose (du bois, de la paille…) en alcool ou en gaz (filière lignocellulosique-biocombustible) fait l’objet d’importants travaux de recherche dans le monde entier. Ces sources de biomasse renferment une composante hémicellulosique constituée principalement de polysaccharides, de glucides à cinq carbones (C5). Ces glucides en C5 peuvent également être transformés en éthanol par fermentation. L’éthanol à base de lignocellulose est classé dans les biocarburants de seconde génération. Il s’avère bien plus laborieux de produire de l’éthanol à partir de la cellulose des matières végétales qu’à partir de l’amidon de maïs. La réaction de fermentation qui décompose l’amidon de maïs ne nécessite qu’une seule activité enzymatique alors que celle de la dégradation de la cellulose nécessite l’intervention de plusieurs activités catalytiques.

D’après C. D. Snow, membre de l’équipe de F.H. Arnold, les cellulases actuellement utilisées dans l’industrie, sont principalement isolées de champignons filamenteux. Elles présentent une certaine instabilité et généralement une activité catalytique lente, ce qui entraîne un coût important lors de leur utilisation.

Pour créer ces 15 nouvelles enzymes, les chercheurs ont utilisé une technique appelée "structure guided recombinaison". Cette technique fait appel à un logiciel informatique permettant d’identifier les sites de recombinaison des gènes. Les chercheurs ont recombiné les séquences de trois cellulases fongiques déjà connues et en ont créé plus de 6000, chacune différente des trois séquences parentales, mais codant toutes pour des protéines de même structure et permettant la dégradation de la cellulose.

Le criblage et l’analyse d’une partie de ces séquences, ont permis aux scientifiques de détecter les séquences conduisant à des enzymes potentiellement plus stables, pour le critère de résistance à des hautes températures. La thermostabilité est une exigence importante pour l’efficacité des cellulases, car les vitesses réactionnelles sont considérablement améliorées à des températures avoisinant les 70-80 ° C. Les cellulases actuellement connues dans la nature ne résistent généralement pas à des températures supérieures à 50 °C.

Jeremy Minshull et ses collègues de DNA2.0 ont synthétisé les séquences d’ADN générées à l’aide du logiciel. Les travaux de transfert de gènes dans des cellules de levures ont été réalisés à Caltech. Les enzymes produites ont ensuite été testées pour leur spécificité et leur efficacité de dégradation de la cellulose. Les chercheurs ont ainsi observé que chacune de ces 15 nouvelles cellulases créées est plus stable et résiste à des températures sensiblement plus élevées (70 à 75 °C), dégradant plus efficacement la cellulose que les cellulases initiales.

Les chercheurs prévoient maintenant d’utiliser cette méthode informatisée pour l’optimisation du mélange d’enzymes afin d’obtenir des cocktails spécifiques, adaptés aux besoins industriels.

Cette étude a été soutenue financièrement par l’Army-Industry Institute for Collaborative Biotechnologies et le Caltech Innovation Institute.

** leader mondial de la synthèse de gènes

BE Etats-Unis numéro 160 (6/04/2009) – Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT – http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/58528.htm