Le professeur Arne Skerra de l'Université technique de Munich (TUM) a réussi pour la première fois à utiliser du CO2 gazeux comme matériau de base pour la production d'un produit chimique de masse dans une réaction biotechnique. Le produit est la méthionine, qui est utilisé comme acide aminé essentiel, notamment en alimentation animale, sur une grande Scale. Ce procédé enzymatique nouvellement développé pourrait remplacer sa production pétrochimique actuelle. Les résultats sont maintenant publiés dans la revue Catalyse naturelle .

La production industrielle de méthionine à partir de matières premières pétrochimiques se fait actuellement via un processus chimique en six étapes qui nécessite du cyanure d'hydrogène hautement toxique, entre autres substrats. En 2013, Evonik Industries, l'un des plus grands fabricants mondiaux de méthionine, a invité des chercheurs universitaires à proposer de nouveaux procédés pour rendre la substance plus sûre à produire. Méthional, qui se produit dans la nature en tant que produit de dégradation de la méthionine, est formé comme un intermédiaire facile au cours du processus conventionnel.

"Basé sur l'idée que la méthionine dans les micro-organismes est dégradée par des enzymes en méthional avec la libération de CO2, nous avons essayé d'inverser ce processus, " explique le professeur Arne Skerra du département de chimie biologique de la TUM, "parce que toute réaction chimique est en principe réversible, alors que souvent seulement avec l'utilisation intensive d'énergie et de pression. » Skerra a participé à l'appel à propositions avec cette idée, et Evonik a attribué le concept et soutenu le projet.

Soutenu par le chercheur postdoctoral Lukas Eisoldt, Skerra a commencé à déterminer les paramètres du processus de fabrication et de production des biocatalyseurs nécessaires (enzymes). Les scientifiques ont mené des expériences initiales et déterminé la pression de CO2 qui serait nécessaire pour produire de la méthionine à partir du méthional dans un processus biocatalytique. Étonnamment, un rendement étonnamment élevé a été obtenu même à une pression relativement basse, correspondant approximativement à celle d'un pneu de voiture d'environ deux bars. Sur la base des réalisations après seulement un an, Evonik a prolongé le financement, et maintenant l'équipe, renforcé par le doctorat. étudiante Julia Martin, ont étudié le contexte biochimique de la réaction et optimisé les enzymes impliquées en utilisant l'ingénierie des protéines.

Plus efficace que la photosynthèse

Après plusieurs années de travail, non seulement il était possible d'améliorer la réaction à l'échelle du laboratoire à un rendement de 40 pour cent, mais aussi pour élucider le contexte théorique des processus biochimiques. "Par rapport à la photosynthèse complexe, dans laquelle la nature incorpore également par voie biocatalytique le CO2 dans les biomolécules en tant que bloc de construction, notre processus est très élégant et simple, " rapporte Arne Skerra. " La photosynthèse utilise 14 enzymes et a un rendement de seulement 20 pour cent, alors que notre méthode ne nécessite que deux enzymes."

À l'avenir, le principe de base de cette nouvelle réaction biocatalytique peut servir de modèle pour la production industrielle d'autres acides aminés précieux ou précurseurs pour les produits pharmaceutiques. Pendant ce temps, L'équipe du professeur Skerra affinera le processus, qui a été breveté, en utilisant l'ingénierie des protéines afin qu'il devienne approprié pour une application à grande échelle.

Ce pourrait être la première fois qu'il existe un procédé de fabrication biotechnologique utilisant le CO2 gazeux comme précurseur chimique immédiat. Jusqu'à maintenant, tentatives de recyclage des gaz à effet de serre, qui est un contributeur majeur au changement climatique, ont échoué en raison de l'énergie extrêmement élevée requise pour le faire.