Qu'est-ce que le carburéacteur a en commun avec les collants et les bouteilles de soda en plastique ? Ce sont tous des produits actuellement dérivés du pétrole. Les scientifiques de Sandia National Laboratories ont démontré une nouvelle technologie basée sur des bactéries issues de la bio-ingénierie qui pourrait rendre économiquement faisable la production des trois à partir de sources végétales renouvelables.

Conversion économique et efficace des matières végétales tenaces, appelé lignine, a longtemps été une pierre d'achoppement pour une utilisation plus large de la source d'énergie et sa compétitivité en termes de coût. Reconstituer les mécanismes d'autres dégradeurs de lignine connus, Sandia bio-ingénieur Seema Singh et deux chercheurs postdoctoraux, Weihua Wu, maintenant chez Lodo Therapeutics Corp., et Fang Liu, ont transformé E. coli en une usine de cellules de bioconversion efficace et productive.

"Pendant des années, nous avons recherché des moyens rentables de décomposer la lignine et de la convertir en produits chimiques de plateforme précieux, ", a déclaré Singh. "Nous avons appliqué notre compréhension des dégradants naturels de la lignine à E. coli, car cette bactérie se développe rapidement et peut survivre à des processus industriels difficiles."

L'oeuvre, « Vers l'ingénierie E. coli avec un système d'autorégulation pour la valorisation de la lignine, " a été récemment publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences et a été soutenu par le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia.

Transformer un processus coûteux en rentabilité

La lignine est le composant des parois cellulaires végétales qui leur donne leur incroyable force. Il déborde d'énergie, mais obtenir cette énergie est si coûteux et complexe que le biocarburant qui en résulte ne peut pas concurrencer économiquement d'autres formes d'énergie de transport.

Une fois en panne, la lignine a d'autres cadeaux à offrir sous la forme de produits chimiques de plate-forme précieux qui peuvent être convertis en nylon, plastiques, pharmaceutiques et autres produits de valeur. Les recherches futures pourraient se concentrer sur la démonstration de la production de ces produits, car ils pourraient aider à équilibrer l'économie des biocarburants et de la bioproduction. Ou comme le dit Singh, « ils valorisent la lignine.

Résoudre trois problèmes :le coût, toxicité et vitesse

Singh et son équipe ont résolu trois problèmes liés à la transformation de la lignine en produits chimiques de plate-forme. Le premier était le coût. E. coli ne produisent généralement pas les enzymes nécessaires au processus de conversion. Les scientifiques doivent amener les bactéries à fabriquer les enzymes en ajoutant quelque chose appelé inducteur au bouillon de fermentation. Bien qu'efficace, pour activer la production d'enzymes, les inducteurs peuvent être si coûteux qu'ils sont prohibitifs pour les bioraffineries.

La solution consistait à "contourner le besoin d'un inducteur coûteux en créant E. coli de manière à ce que les composés dérivés de la lignine tels que la vanilline servent à la fois de substrat et d'inducteur", a déclaré Singh.

La vanilline n'est pas un choix évident pour remplacer un inducteur. Le composé est produit lorsque la lignine se décompose et peut, à des concentrations plus élevées, inhiber le très E. coli travailler pour le convertir. Cela posait le deuxième problème :la toxicité.

« Notre ingénierie renverse le problème de la toxicité du substrat en permettant au produit chimique même qui est toxique pour le E. coli pour initier le processus complexe de valorisation de la lignine. Une fois que la vanilline dans le bouillon de fermentation active les enzymes, les E. coli commence à transformer la vanilline en catéchol, notre produit chimique désiré, et la quantité de vanilline n'atteint jamais un niveau toxique, " a déclaré Singh. " Il s'auto régule. "

Le troisième problème était l'efficacité. Alors que la vanilline du bouillon de fermentation traverse les membranes des cellules pour être convertie par les enzymes, c'était un lent, mouvement passif. Les chercheurs ont recherché des transporteurs efficaces d'autres bactéries et microbes pour accélérer ce processus, dit Wu.

« Nous avons emprunté un modèle de transporteur à un autre microbe et l'avons transformé en E. coli , qui aide à pomper la vanilline dans les bactéries, " dit Liu. " Cela semble assez simple, mais il a fallu beaucoup de réglages pour que tout fonctionne ensemble."

Des solutions d'ingénierie comme celles-ci, qui surmontent les problèmes de toxicité et d'efficacité ont le potentiel de rendre la production de biocarburants économiquement viable. L'inducteur externe sans, La méthode d'autorégulation de la valorisation de la lignine n'est qu'une des pistes utilisées par les chercheurs pour optimiser le processus de fabrication des biocarburants.

"Nous avons trouvé cette pièce du puzzle de la valorisation de la lignine, fournissant un excellent point de départ pour de futures recherches sur l'évolutivité, des solutions économiques, " a déclaré Singh. " Maintenant, nous pouvons travailler sur la production de plus grandes quantités de produits chimiques de plate-forme, voies d'ingénierie vers de nouveaux produits finaux, et compte tenu des hôtes microbiens autres que E. coli ."