Les bactéries génétiquement modifiées peuvent convertir le glucose en un acide gras, qui peut ensuite être transformé en hydrocarbures appelés oléfines. Pour faire pousser de telles bactéries, les scientifiques ajoutent les microbes dans des flacons remplis de nutriments (le bouillon jaune) et les secouent dans un incubateur pour favoriser le flux d’oxygène, comme illustré ici. Crédit : Douglas Levere / Université de Buffalo
Dans une nouvelle étude, E. coli génétiquement modifié mange du glucose, puis aide à le transformer en molécules trouvées dans l’essence.
Cela ressemble à de l’alchimie des temps modernes : transformer le sucre en hydrocarbures présents dans l’essence.
Mais c’est exactement ce que les scientifiques ont fait.
Dans une étude en Chimie de la nature, les chercheurs rapportent exploiter les merveilles de la biologie et de la chimie pour transformer le glucose (un type de sucre) en oléfines (un type d’hydrocarbure et l’un des nombreux types de molécules qui composent l’essence).
Le projet a été dirigé par les biochimistes Zhen Q. Wang au Université de Buffalo et Michelle CY Chang au Université de Californie, Berkeley.
Le document, qui a été publié le 22 novembre 2021, marque une avancée dans les efforts visant à créer des biocarburants durables.
Zhen Wang, professeur adjoint de sciences biologiques à l’Université de Buffalo, est un expert en biologie synthétique. Crédit : Douglas Levere / Université de Buffalo
Les oléfines représentent un petit pourcentage des molécules de l’essence telle qu’elle est actuellement produite, mais le processus développé par l’équipe pourrait probablement être ajusté à l’avenir pour générer également d’autres types d’hydrocarbures, y compris certains des autres composants de l’essence, a déclaré Wang. Elle note également que les oléfines ont des applications non combustibles, car elles sont utilisées dans les lubrifiants industriels et comme précurseurs pour la fabrication de plastiques.
Un processus en deux étapes utilisant des microbes mangeurs de sucre et un catalyseur
Pour terminer l’étude, les chercheurs ont commencé par donner du glucose à des souches de E. coli qui ne présentent pas de danger pour la santé humaine.
“Ces microbes sont des accros au sucre, encore pire que nos enfants”, plaisante Wang.
Les E. coli dans les expériences ont été génétiquement modifiés pour produire une suite de quatre enzymes qui convertissent le glucose en composés appelés acides gras 3-hydroxy. En consommant le glucose, les bactéries ont également commencé à fabriquer des acides gras.
Une souche d’E. coli qui ne met pas en danger la santé humaine se développe dans un flacon plein de nutriments (le bouillon jaune). Dans une étude, des scientifiques ont génétiquement modifié ces E. coli pour convertir le glucose en une classe d’acides gras, que l’équipe a ensuite transformés en un hydrocarbure appelé oléfine. Crédit : Douglas Levere / Université de Buffalo
Pour terminer la transformation, l’équipe a utilisé un catalyseur appelé pentoxyde de niobium (Nb2O5) pour couper les parties indésirables des acides gras dans un processus chimique, générant le produit final : les oléfines.
Les scientifiques ont identifié les enzymes et le catalyseur par essais et erreurs, testant différentes molécules dont les propriétés se prêtaient aux tâches à accomplir.
“Nous avons combiné ce que la biologie peut faire de mieux avec ce que la chimie peut faire de mieux, et nous les avons réunis pour créer ce processus en deux étapes”, explique Wang, PhD, professeur adjoint de sciences biologiques à l’UB College of Arts and Sciences. . « Grâce à cette méthode, nous avons pu fabriquer des oléfines directement à partir du glucose. »
Le glucose provient de la photosynthèse, qui extrait le CO2 de l’air
“La fabrication de biocarburants à partir de ressources renouvelables comme le glucose a un grand potentiel pour faire progresser la technologie de l’énergie verte”, a déclaré Wang.
« Le glucose est produit par les plantes grâce à la photosynthèse, qui transforme le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau en oxygène et en sucre. Ainsi, le carbone contenu dans le glucose – et plus tard les oléfines – provient en fait du dioxyde de carbone qui a été extrait de l’atmosphère », explique Wang.
Zhen Wang, professeur adjoint de sciences biologiques à l’Université de Buffalo, tient un flacon contenant une souche d’E. coli qui ne met pas en danger la santé humaine. Wang et ses collègues ont montré qu’E. coli génétiquement modifié peut convertir le glucose en une classe d’acides gras, qui peuvent ensuite être transformés en hydrocarbures appelés oléfines. Crédit : Douglas Levere / Université de Buffalo
Des recherches supplémentaires sont toutefois nécessaires pour comprendre les avantages de la nouvelle méthode et si elle peut être étendue efficacement pour la fabrication de biocarburants ou à d’autres fins. L’une des premières questions auxquelles il faudra répondre est la quantité d’énergie consommée par le processus de production des oléfines ; si le coût énergétique est trop élevé, la technologie devra être optimisée pour être utilisable à l’échelle industrielle.
Les scientifiques sont également intéressés à augmenter le rendement. Actuellement, il faut 100 molécules de glucose pour produire environ 8 molécules d’oléfine, dit Wang. Elle aimerait améliorer ce ratio, en mettant l’accent sur le fait d’amadouer les E. coli pour produire plus d’acides gras 3-hydroxy pour chaque gramme de glucose consommé.
Référence : « Une stratégie catalytique double cellulaire-hétérogène pour la production d’oléfines à partir de glucose » par Zhen Q. Wang, Heng Song, Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Dae Sung Park, Gaurav Kumar, Yejin Min, Paul J. Dauenhauer et Michelle CY Chang, le 22 novembre 2021, Chimie de la nature.
DOI : 10.1038 / s41557-021-00820-0
Les co-auteurs de l’étude dans Nature Chemistry incluent Wang; Chang ; Heng Song, PhD, à l’UC Berkeley et à l’Université de Wuhan en Chine ; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, PhD, et Yejin Min à l’UC Berkeley ; Dae Sung Park, PhD, Gaurav Kumar, PhD, et Paul J. Dauenhauer, PhD, à l’Université du Minnesota (Park est maintenant à l’Institut de recherche coréen de technologie chimique).
La recherche a été financée par le financement de la US National Science Foundation; le programme postdoctoral Camille et Henry Dreyfus en chimie de l’environnement ; et la Fondation de recherche pour l’Université d’État de New York.
