Une innovation majeure dans le domaine des bioplastiques vient d’être réalisée par des chercheurs de l’Institut coréen des sciences et technologies avancées (KAIST). Leurs travaux pourraient apporter une solution concrète aux problèmes de pollution environnementale causés par les plastiques conventionnels.
Fin août, le KAIST a dévoilé les résultats d’une équipe de recherche dirigée par le professeur distingué Sang Yup Lee du Département de génie chimique et biomoléculaire. Les scientifiques ont développé avec succès une souche microbienne capable de produire efficacement des polyesters aromatiques grâce à l’ingénierie métabolique des systèmes.
L’ingénierie métabolique a été utilisée par l’équipe de recherche pour améliorer le flux métabolique de la voie de biosynthèse du monomère aromatique phényllactate (PhLA) chez E. coli. La manipulation de la voie métabolique a permis d’augmenter la fraction de polymère accumulée dans les cellules. Des simulations informatiques ont été employées pour prédire la structure de la PHA synthase et améliorer l’enzyme en fonction de la relation structure-fonction.
L’optimisation de la fermentation a permis à l’équipe d’atteindre la concentration la plus élevée au monde (12,3±0,1 g/L) pour la production efficace de poly(PhLA). Une fermentation fed-batch à l’échelle de 30L a été réalisée avec succès, démontrant ainsi la possibilité d’une production industrielle.
Les polyesters aromatiques produits ont été caractérisés par des propriétés thermiques améliorées, des propriétés mécaniques renforcées et un potentiel d’utilisation comme vecteurs de médicaments. Ces caractéristiques élargissent considérablement le champ d’application de ces bioplastiques.
Un rôle essentiel a été attribué aux protéines phasines exogènes par l’équipe de recherche dans l’augmentation de la fraction d’accumulation intracellulaire des polymères. Ce facteur est directement lié à la faisabilité économique et à l’efficacité de la production de PHA non naturels.
Une amélioration de la PHA synthase a été réalisée grâce à une approche de conception enzymatique rationnelle. La structure tridimensionnelle de l’enzyme a été prédite par modélisation par homologie, suivie de simulations d’arrimage moléculaire et de dynamique moléculaire. Cette méthode a permis de transformer l’enzyme en une enzyme mutante avec une efficacité de polymérisation des monomères accrue.
Le Dr Youngjoon Lee, co-premier auteur de l’article, a déclaré : «L’importance de cette étude réside dans le fait que nous avons atteint la plus haute concentration mondiale de production de polyesters aromatiques d’origine microbienne en utilisant des matériaux et des méthodes respectueux de l’environnement. Cette technologie devrait jouer un rôle important dans la résolution de la pollution environnementale causée par les plastiques.»
Le professeur distingué Sang Yup Lee a ajouté : «Cette étude, qui présente diverses stratégies pour la production à haute efficacité de polymères utiles via l’ingénierie métabolique des systèmes, devrait apporter une contribution significative à la résolution des problèmes de changement climatique, en particulier le récent problème des plastiques.»
Source : KAIST / Les résultats de la recherche ont été publiés le 21 août dans Trends in Biotechnology, publié par Cell, une revue universitaire internationale.
Illustration / AI Flux 1
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