Alex Linz, chercheur postdoctoral à l'Université du Wisconsin-Madison, examine une plaque striée de N. aromaticivorans (en jaune), une bactérie du sol qui pourrait transformer une source renouvelable - la lignine provenant de cellules végétales - en un substitut aux plastiques à base de pétrole. Crédit :Chelsea Mamott, GLBRC
Avec quelques ajustements génétiques, un type de bactérie du sol avec un appétit pour les hydrocarbures est prometteur en tant qu'usine biologique pour convertir une prime renouvelable - mais frustrantement inexploitée - en remplacement des plastiques omniprésents.
Des chercheurs, comme ceux de l'Université du Wisconsin-Madison, Centre de recherche sur la bioénergie des Grands Lacs financé par le ministère de l'Énergie, l'espoir de transformer les plantes ligneuses en remplacement du pétrole dans la production de carburants et d'autres produits chimiques a été après les sucres de la cellulose fibreuse qui constitue une grande partie des parois cellulaires des plantes.
Une grande partie du travail d'approvisionnement de ces sucres consiste à éliminer la lignine, un polymère qui comble les lacunes entre la cellulose et d'autres composants chimiques dans ces parois cellulaires.
Cela laisse beaucoup de cellulose utile, mais aussi beaucoup de lignine, qui n'a jamais eu beaucoup de valeur. Les papeteries extraient la lignine du bois pour fabriquer du papier depuis plus d'un siècle, et trouvant si peu de valeur dans la lignine qu'elle est simplement brûlée dans les chaudières des usines.
"Ils disent que vous pouvez faire n'importe quoi avec de la lignine, sauf de l'argent, " dit Miguel Perez, un étudiant diplômé UW-Madison en génie civil et environnemental.
Mais ils ne connaissent peut-être pas Novosphingobium aromaticivorans aussi bien que lui.
Perez, le professeur de génie civil et environnemental Daniel Noguera et ses collègues du GLBRC et du Wisconsin Energy Institute ont publié dans la revue Chimie verte une stratégie d'emploi de N. aromaticivorans pour transformer la lignine en un produit plus précieux.
"La lignine est la source la plus abondante - autre que le pétrole - de composés aromatiques sur la planète, " Noguera dit, comme ceux utilisés pour fabriquer des produits chimiques et des plastiques à partir du pétrole. Mais la grande et complexe molécule de lignine est notoirement difficile à décomposer efficacement en éléments constitutifs utiles.
Entrez dans la bactérie, qui a d'abord été isolée alors qu'elle prospérait dans des sols riches en composés aromatiques après contamination par des produits pétroliers.
Bactéries microscopiques N. aromaticivorans, d'abord isolé de sols contaminés par des produits pétroliers, avait déjà un appétit utile lorsqu'il a rencontré des scientifiques du GLBRC. Leurs modifications génétiques du microbe pourraient relancer une industrie des plastiques renouvelables. Crédit :GLBRC
Là où d'autres microbes choisissent, N. aromaticivorans est un entonnoir biologique pour les aromatiques de la lignine. Il est unique en ce qu'il peut digérer presque tous les différents morceaux de lignine en hydrocarbures aromatiques plus petits.
"D'autres microbes essayés auparavant peuvent être capables de digérer quelques types d'aromatiques trouvés dans la lignine, " dit Perez. "Quand nous avons rencontré ce microbe, il était déjà bon pour dégrader un large éventail de composés. Cela rend ce microbe très prometteur."
Au cours de son processus de digestion, le microbe transforme ces composés aromatiques en 2-pyrone-4, Acide 6-dicarboxylique - plus facilement connu sous le nom de PDC. En retirant trois gènes de leur microbe, les chercheurs ont transformé le PDC intermédiaire en bout de ligne. Ces bactéries modifiées sont devenues un entonnoir dans lequel vont les différents morceaux de lignine, et dont découle le PDC.
Des bio-ingénieurs japonais ont utilisé le PDC pour fabriquer une variété de matériaux qui seraient utiles pour les produits de consommation.
"Ils ont découvert que le composé avait des performances égales ou supérieures à celles de l'additif à base de pétrole le plus courant pour les polymères PET, comme les bouteilles en plastique et les fibres synthétiques, qui sont les polymères les plus couramment produits dans le monde. " dit Perez.
Ce serait une alternative au plastique attrayante, qui se décomposerait naturellement dans l'environnement, et ne lixivierait pas les composés imitant les hormones dans l'eau - si seulement le PDC était plus facile à trouver.
"Il n'y a pas de processus industriel pour faire ça, parce que PDC est si difficile à faire par les routes existantes, " dit Noguera. " Mais si nous fabriquons des biocarburants à partir de cellulose et produisons de la lignine - quelque chose que nous ne faisions que brûler - et que nous pouvons transformer efficacement la lignine en PDC, cela change potentiellement le marché de l'utilisation industrielle de ce composé. »
Pour l'instant, la variation modifiée sur N. aromaticivorans peut transformer au moins 59 pour cent des composés potentiellement utiles de la lignine en PDC. Mais la nouvelle étude suggère un plus grand potentiel, et Perez a des cibles pour une manipulation plus poussée du microbe.
« Si nous pouvons faire produire ce pipeline à un rythme suffisant, avec un rendement suffisant, nous pourrions créer une nouvelle industrie, " dit Noguera.
