Le rôle des microbes modifiés dans la production de plastique à partir de plantes

Avec quelques modifications génétiques, un type de bactérie ayant un certain appétit pour les hydrocarbures semble prometteur en tant qu’usine biologique pour les transformer en un substitut renouvelable aux plastiques omniprésents. Des chercheurs du Great Lakes Bioenergy Research Center espèrent convertir des plantes ligneuses afin de remplacer le pétrole dans la production de carburants et autres produits chimiques. Pour obtenir de la cellulose fibreuse, une grande partie du travail consiste à éliminer la lignine, un polymère qui comble les espaces entre la cellulose et d’autres composants chimiques dans ces parois cellulaires. Il reste beaucoup de cellulose utile, mais aussi beaucoup de lignine, un composant très peu valorisé. Depuis plus d’un siècle, les papeteries enlèvent la lignine du bois pour en faire du papier, et la valeur de la lignine est si faible qu’elle est simplement brûlée dans les chaudières des papeteries. « On dit qu’on peut faire n’importe quoi avec la lignine, sauf de l’argent« , a indiqué Miguel Perez, un étudiant diplômé de l’Université de Madison en génie civil et environnemental. Mais ils ne connaissent peut-être pas le « Novosphingobium aromaticivorans » aussi bien que lui. Perez, Daniel Noguera, professeur de génie civil et environnemental, et ses collègues du GLBRC et du Wisconsin Energy Institute ont publié dans la revue Green Chemistry une stratégie visant à employer N. aromaticivorans pour transformer la lignine en un produit plus précieux. « La lignine est la source la plus abondante – hors pétrole – de composés aromatiques sur la planète « , a précisé M. Noguera, comme ceux utilisés pour fabriquer des produits chimiques et des plastiques à partir du pétrole. Mais la molécule de lignine, grande et complexe, est notoirement difficile à briser efficacement en morceaux constitutifs utiles. C’est le cas de la bactérie, qui a d’abord été isolée dans un sol riche en composés aromatiques après avoir été contaminée par des produits pétroliers. Là où d’autres microbes cueillent et choisissent, N. aromaticivorans est un entonnoir biologique pour les aromatiques de la lignine. Il est unique en ce sens qu’il peut digérer presque tous les différents morceaux de lignine en hydrocarbures aromatiques plus petits. « D’autres microbes essayés auparavant peuvent être capables de digérer quelques types d’aromatiques que l’on trouve dans la lignine « , a expliqué M. Perez. « Quand nous avons rencontré ce microbe, il était déjà bon pour dégrader un large éventail de composés. Ça rend ce microbe très prometteur. » Au cours de son processus de digestion, le microbe transforme ces composés aromatiques en acide 2-pyrone-4,6-dicarboxylique, mieux connu sous le nom de PDC. En retirant 3 gènes de leur microbe, les chercheurs ont transformé le PDC intermédiaire en fin de lignée. Ces bactéries modifiées sont devenues un entonnoir dans lequel passent les différents morceaux de lignine et à partir duquel s’écoule le PDC. Au Japon, les bioingénieurs ont utilisé le PDC pour fabriquer une variété de matériaux qui pourraient être utiles dans les produits de consommation. « Ils ont découvert que le composé donne les mêmes résultats, voire meilleurs, que l’additif à base de pétrole le plus commun aux polymères PET – comme les bouteilles en plastique et les fibres synthétiques – qui sont les polymères les plus couramment produits dans le monde « , a encore ajouté M. Perez. Il s’agirait d’une solution de rechange attrayante au plastique – une solution qui se décomposerait naturellement dans l’environnement et qui ne lessiverait pas les composés imitant les hormones dans l’eau – si seulement le PDC était plus facile à obtenir. « Il n’y a pas de procédé industriel pour cela, parce que le PDC est si difficile à fabriquer par les routes existantes « , a dit M. Noguera. « Mais si nous produisons des biocarburants à partir de cellulose et produisons de la lignine – quelque chose que nous brûlions auparavant – et que nous pouvons transformer efficacement la lignine en PDC, cela pourrait changer le marché pour l’utilisation industrielle de ce composé. » Pour l’instant, la variation technique de N. aromaticivorans peut transformer au moins 59 % des composés potentiellement utiles de la lignine en PDC. Mais la nouvelle étude suggère un plus grand potentiel, et M. Perez a des cibles pour d’autres manipulations du microbe. « Si nous pouvons faire en sorte que ce pipeline produise à un rythme suffisant, avec un rendement suffisant, nous pourrions créer une nouvelle industrie « , a conclu M. Noguera. Credit: Photo by Chelsea Mamott, GLBRC

La Wisconsin Alumni Research Foundation a déposé une demande de brevet pour cette technologie.

Cette recherche a été financée par des subventions du Département de l'énergie (BER DE-FC02-07ER64494 et DE-SC0018409) et de la Commission nationale chilienne pour la recherche scientifique et technologique.