La configuration en laboratoire de l'incubateur de lumière montrant deux configurations expérimentales différentes de lumière bleue. Crédits :Jingbo Li, MIT
Une enzyme spéciale dépendante de la lumière, découvert il y a environ trois ans, est le point central d'une nouvelle découverte scientifique qui permet la production à haut rendement de biocarburants instantanés à partir de la biomasse.
Dans une étude maintenant publiée dans Communication Nature , les ingénieurs de l'Université d'Aarhus et du Massachusetts Institute of Technology ont prouvé, que l'hypothèse initiale du processus enzymatique dans cette conversion de la biomasse en biocarburants est en fait fausse.
Les résultats ont permis aux chercheurs de biosynthétiser avec succès des carburants verts à des niveaux proches des niveaux industriellement pertinents de 1,47 gramme par litre à partir de glucose.
L'enzyme dépendante de la lumière, qui provient de microalgues, a la particularité de pouvoir décarboxyler les acides gras en alcanes (convertissant ainsi la biomasse cellulosique en biocarburants drop-in) en utilisant la lumière bleue comme seule source d'énergie.
Les chercheurs insèrent artificiellement l'enzyme dans les cellules de la levure oléagineuse Yarrowia Lipolytica, manipulant ainsi son métabolisme. La levure synthétise du glucose, provenant de la biomasse, en lipides (en particulier les molécules d'acides gras libres et d'acyl-CoAs gras) qui sont ensuite convertis en alcanes par l'enzyme dans une réaction métabolique appelée photodécarboxylase des acides gras - en bref FAP.
Mais depuis la découverte de l'enzyme, il a été supposé, que les acides gras libres sont le réactif préféré de l'enzyme dans le procédé FAP; qu'une abondance d'acides gras libres se traduirait par un rendement plus élevé de la production de biocarburants.
Cette hypothèse est fausse, toutefois.
La configuration en laboratoire de l'incubateur de lumière montrant deux configurations expérimentales différentes de lumière bleue. Crédits :Jingbo Li, MIT
« Dans notre étude, nous avons prouvé que l'acyl-CoA gras - et non l'acide gras libre - est le réactif préféré de l'enzyme photo-dépendante. Cette découverte a été utilisée avec succès dans notre étude pour métaboliser 89 pour cent des acyl-CoA gras en alcanes, atteignant des titres de 1,47 g/l à partir de glucose, " dit Bekir Engin Eser, professeur assistant à l'Université d'Aarhus.
La production prédominante de carburants de remplacement à base oléochimique est aujourd'hui réalisée en convertissant des produits oléochimiques « conventionnels » tels que les huiles végétales, huiles de cuisson usagées, suif, et d'autres lipides en hydrocarbures (principalement des alcanes) en utilisant des méthodes de traitement chimique à haute intensité énergétique.
Cependant, L'approvisionnement de grandes quantités de matières premières lipidiques plus ou moins durables à un coût suffisamment bas pour aboutir à une production rentable de biocarburants reste un défi qui limite sévèrement l'expansion de cette plateforme de production. Et en plus, cette production est en concurrence avec l'approvisionnement alimentaire.
La biosynthèse constitue une solution bon marché et durable, où la production est plutôt basée sur la conversion de la biomasse cellulosique, la ressource biologique naturelle renouvelable la plus abondante disponible sur Terre.
La synthèse biologique des alcanes à partir d'acides gras n'est pas native, voie métabolique préférable pour la levure cependant, puisque les alcanes sont toxiques pour ses cellules. Par conséquent, les chercheurs utilisent des enzymes à capacité spéciale à cette fin et codent les gènes correspondants dans les cellules de la levure.
La nouvelle découverte est une percée possible dans la biosynthèse des carburants drop-in, puisque les chercheurs, pour la première fois en utilisant ce processus, ont utilisé les nouvelles connaissances pour synthétiser des carburants verts à un niveau pertinent pour la future production industrielle :
"Les études d'ingénierie métabolique précédentes visaient à maximiser la concentration d'acides gras libres dans les cellules qui sont modifiées. Mais maintenant, avec cette découverte, nous savons que c'est l'acyl-CoA gras qu'il faut maximiser. C'est une nouvelle importante pour les applications de biologie synthétique, et nous pouvons maintenant commencer à maximiser le flux de l'acyl-coA gras dans cette voie métabolique conçue pour atteindre des titres encore plus élevés à l'avenir, ", déclare le professeur agrégé Zheng Guo de l'Université d'Aarhus.
