Les chercheurs développent des microbes plus résistants pour améliorer la bioproduction de carburants et de produits chimiques


Les chercheurs développent des microbes plus résistants pour améliorer la bioproduction de carburants et de produits chimiques

Les chercheurs s’efforcent d’identifier et de fabriquer des enzymes robustes qui peuvent remplacer d’autres enzymes qui sont décomposées lors de la fermentation des biocarburants et des chimiques. Crédit photo : Laura Jarboe.

Des actifs et productifs utilisent des enzymes pour décomposer les feuilles, les tiges et d’autres biomasses, puis convertissent cette matière en carburants et produits chimiques renouvelables. Mais certaines de ces enzymes ne peuvent pas fonctionner aux températures élevées ou à l’acidité qui réduisent les coûts d’exploitation des processus de fermentation.

Une équipe de recherche dirigée par Laura Jarboe de l’Iowa State University tentera de résoudre ce problème en identifiant des enzymes plus rugueuses et plus résistantes et en développant des microbes à utiliser dans la fermentation industrielle. Son travail est soutenu par une bourse de trois ans de 969 000 $ du département américain de l’Énergie.

« Nous voulons rendre ces microbes plus  », a déclaré Jarboe, professeur de génie chimique à Cargill dans l’État de l’Iowa. « Pour ce faire, nous devons réfléchir au problème des microbes. Nous ne pouvons pas simplement dire : « Faire mieux ».

Dans ce cas, les enzymes qui nécessitent une réfrigération ou des ajustements de pH (acide/alcalinité) pour rester actives sont des problèmes coûteux. Certaines de ces enzymes sont essentielles à la capacité des microbes à convertir les substrats biosourcés en produits, et d’autres sont essentielles à la survie de l’organisme.

Existe-t-il des enzymes plus résistantes, plus dures et plus robustes ? Les microbes industriels pourraient-ils être conçus de telle sorte qu’ils soient plus « extrêmophiles » et restent actifs dans les conditions difficiles des fermenteurs ?

Jarboe fait équipe pour trouver des réponses ; Robert Jernigan, professeur distingué Charles F. Curtiss dans l’état de l’agriculture et des biosciences de l’Iowa au département de biochimie, biophysique et biologie moléculaire Roy J. Carver; et Peter St. John, scientifique principal au Centre des biosciences du Laboratoire national des énergies renouvelables du ministère de l’Énergie à Golden, Colorado.

Des millions pour étudier les microbes

Le Bureau de la recherche biologique et environnementale du ministère de l’Énergie a accordé cet été 34 subventions en biotechnologie totalisant 45,5 millions de dollars, dont cette subvention pour soutenir les travaux de Jarboe, Jernigan et St. John. Les lauréats ont été sélectionnés dans le cadre d’un processus concurrentiel d’examen par les pairs.

« Les biocarburants pouvant alimenter les avions et les navires, et les bioproduits fabriqués à partir de ressources renouvelables joueront un rôle essentiel dans la décarbonisation de notre économie », a déclaré la secrétaire à l’Énergie Jennifer M. Granholm dans un communiqué accompagnant l’annonce des subventions.

Le programme de recherche du département de l’énergie s’articule autour de deux axes d’études : D’une part, le développement de microbes qui aident à transformer la biomasse et les polymères synthétiques en carburants et produits. Deuxièmement, le développement de technologies d’imagerie pour mieux étudier les plantes et les microbes utilisés pour fabriquer des produits biologiques.

Les différents projets « nous aideront à comprendre, prévoir et même développer au niveau cellulaire (biocarburants et bioproduits) afin que nous puissions atteindre leur plein potentiel », a déclaré Granholm.

Des laboratoires aux usines

Jarboe, Jernigan et St. John ont proposé un plan en trois parties pour remodeler les microbes afin de produire des enzymes résistantes à la chaleur et aux acides :

  • St. John dirigera les efforts visant à créer des modèles informatiques du métabolisme microbien à l’échelle génomique, y compris les réactions chimiques qui convertissent les sucres en énergie. Les modèles aideront les chercheurs à prédire comment des températures plus élevées ou des changements d’acidité affecteront les réactions. « Notre travail tentera d’identifier quelles enzymes réagissent à ces stress et affectent négativement le métabolisme, qui peuvent ensuite être remplacés de manière ciblée », a-t-il déclaré.
  • Jernigan dirigera la recherche de données sur les enzymes afin d’identifier des substituts robustes pour les enzymes qui échouent à haute ou acidité. « J’ai étudié les protéines toute ma vie et nous avons des données incroyablement riches – des centaines de millions de séquences de protéines – et c’est une opportunité de mettre ces informations en pratique », a-t-il déclaré.
  • Jarboe dirigera les efforts visant à développer des microbes capables de produire des enzymes de remplacement robustes. Il y aura également des expériences pour évaluer et caractériser les microbes, les enzymes et les réactions chimiques qui en résultent. « Peut-être que cela n’a pas d’importance que certains des processus soient basés sur des enzymes très sensibles », a-t-elle déclaré. « Peut-être qu’il y a d’autres enzymes qui peuvent faire exactement le même travail. »

Si tel est le cas, ces enzymes de substitution pourraient un jour faire la différence dans la fabrication de carburants biorenouvelables, de produits chimiques et d’autres produits.

« Trouver une approche systématique pour développer la thermotolérance et la tolérance au pH chez les microbes », a déclaré St. John, « permettra, espérons-le, aux souches nouvellement développées de passer du laboratoire à l’industrie plus rapidement et à moindre coût. »


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Fourni par l’Iowa State University

Citation: Des chercheurs des microbes plus robustes pour la bioproduction de carburants et de produits chimiques (2021, 13 octobre), consulté le 13 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-hardier-microbes-bioproduction-fuels-chemicals .html

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