Biofilm fongique se développant sur un support perméable à l'oxygène, membrane tubulaire enroulée en hélice dans un bioréacteur par ailleurs anaérobie. Le biofilm est retiré du réacteur à la fin d'un cycle de fermentation. Crédit :M. Studer (BFH)
Alors que la course aux énergies renouvelables bat son plein, les usines offrent l'un des candidats les plus prometteurs pour remplacer le pétrole brut. La lignocellulose en particulier - la biomasse de plantes non comestibles comme l'herbe, feuilles, et le bois qui ne concurrence pas les cultures vivrières, est abondant et renouvelable et offre une excellente alternative au pétrole pour toute une gamme de produits chimiques.
Afin d'en extraire des produits chimiques utiles, la lignocellulose est d'abord prétraitée pour la "casser" et faciliter son traitement ultérieur. Ensuite, il est exposé à des enzymes qui solubilisent la cellulose, qui est une chaîne de sucres liés (glucose). Cette étape peut se faire en ajoutant à la lignocellulose prétraitée un micro-organisme qui produit naturellement le nécessaire, enzymes de clivage de la cellulose, par exemple. un champignon.
Les enzymes « cassent » la cellulose et la transforment en ses sucres individuels, qui peut être transformé davantage pour produire un produit chimique clé :l'acide lactique. Cette deuxième étape est également réalisée avec un micro-organisme, une bactérie qui "mange" les sucres et produit de l'acide lactique lorsqu'il n'y a pas d'oxygène autour.
Dans la dernière étape de cette chaîne d'assemblage microbienne, l'acide lactique peut ensuite être traité pour fabriquer toute une série de produits chimiques utiles.
Une équipe de scientifiques de la Haute école spécialisée bernoise (BFH), l'Université de Cambridge, et l'EPFL ont rendu cette chaîne d'assemblage possible en une seule configuration et ont démontré que cette conversion peut être rendue plus polyvalente et modulaire. En échangeant facilement les micro-organismes au final, traitement à l'acide lactique, étape, ils peuvent produire toute une gamme de produits chimiques utiles.
L'étude révolutionnaire est publiée dans Science , et a été réalisée par Robert Shahab, un doctorat de l'EPFL. étudiant dans le laboratoire du professeur Jeremy Luterbacher, alors qu'il travaillait au laboratoire du professeur Michael Studer à la BFH, qui a dirigé l'étude.
Une illustration des différents produits chimiques qui peuvent être produits à partir du bois de hêtre à l'aide de la plateforme lactate. Crédit :RL Shahab/Science
Les chercheurs présentent ce qu'ils appellent une « plateforme de lactate, ' qui est essentiellement un bioréacteur spatialement séparé qui permet à plusieurs micro-organismes différents de coexister, chacun effectuant l'une des trois étapes du traitement de la lignocellulose.
La plate-forme est constituée d'une membrane tubulaire qui laisse passer une quantité définie d'oxygène. Sur la surface du tube peut se développer le champignon qui consomme tout l'oxygène qui traverse la membrane, et fournit les enzymes qui décomposeront la cellulose en sucres. Plus loin de la membrane, et donc dans une atmosphère sans oxygène, développer les bactéries qui « mangeront » les sucres et les transformeront en acide lactique.
Mais l'innovation que Shahab a faite était dans la dernière étape. En utilisant différents micro-organismes fermentant l'acide lactique, il était capable de produire différents produits chimiques utiles. Un exemple était l'acide butyrique, utilisable dans les bioplastiques, tandis que le laboratoire de Luterbacher a récemment montré qu'il peut même être transformé en carburéacteur.
Le travail démontre les avantages des cultures microbiennes mixtes dans le traitement de la biomasse lignocellulosique :la modularité et la capacité de convertir des substrats complexes en produits chimiques de plateforme précieux.
« Les résultats obtenus avec la plateforme lactate montrent bien les avantages des consortiums microbiens artificiels pour former de nouveaux produits à partir de la lignocellulose, " dit Michael Studer. " La création de niches dans des bioréacteurs par ailleurs homogènes est un outil précieux pour co-cultiver différents micro-organismes. "
« La fermentation de la lignocellulose en de nombreux produits différents représentait un travail considérable, mais il était important de montrer à quel point la plate-forme de lactate est polyvalente, " dit Robert Shahab. " Voir la formation de lactate et la conversion en produits cibles a été une expérience formidable car cela a montré que le concept de la plate-forme de lactate fonctionnait dans la pratique. "
Jeremy Luterbacher ajoute, "L'objectif ultime est de reconstruire un secteur manufacturier vert pour remplacer celui qui fabrique de nombreux produits à partir de pétrole brut. Une méthode qui introduit la flexibilité et la modularité est un pas important dans cette direction."
