Occupé, les microbes productifs utilisent des enzymes pour décomposer les feuilles, tiges et autre biomasse, puis convertir cette matière en carburants et produits chimiques renouvelables. Mais certaines de ces enzymes ne peuvent pas fonctionner aux températures élevées ou à l'acidité qui maintiennent de faibles coûts d'exploitation pour les processus de fermentation.

Une équipe de recherche dirigée par Laura Jarboe de l'Iowa State University tentera de résoudre ce problème en identifiant plus rugueux, des enzymes plus dures et des microbes d'ingénierie pour les utiliser dans la fermentation industrielle. Leur travail est soutenu par une période de trois ans, 969 $, 000 000 de subvention du Département américain de l'énergie.

"Nous voulons rendre ces microbes plus robustes, " dit Jarboe, Professeur Cargill de génie chimique de l'État de l'Iowa. "Pour faire ça, nous devons réfléchir au problème des microbes. Nous ne pouvons pas simplement dire, 'Faire mieux.'"

Dans ce cas, les enzymes qui nécessitent un refroidissement ou des ajustements de pH (acidité/alcalinité) pour rester actives sont des problèmes coûteux. Certaines de ces enzymes sont vitales pour la capacité des microbes à convertir des substrats biosourcés en produits, et certains sont vitaux pour la survie de l'organisme.

Y a-t-il plus robuste, plus dur, enzymes plus robustes là-bas? Les microbes industriels pourraient-ils être conçus pour ressembler davantage à des « extrêmophiles » et rester actifs dans les conditions difficiles des fermenteurs ?

Jarboe fait équipe pour trouver des réponses; Robert Jernigan, un État de l'Iowa Charles F. Curtiss professeur distingué en agriculture et sciences de la vie au département de biochimie Roy J. Carver, Biophysique et biologie moléculaire ; et Pierre Saint-Jean, chercheur principal au Biosciences Center du National Renewable Energy Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis à Golden, Colorado.

Des millions pour étudier les microbes

Le Bureau de la recherche biologique et environnementale du ministère de l'Énergie a accordé cet été 34 subventions en biotechnologie totalisant 45,5 millions de dollars, y compris cette subvention soutenant le travail de Jarboe, Jernigan et Saint-Jean. Les gagnants ont été sélectionnés après un concours, processus d'examen par les pairs.

"Les biocarburants qui peuvent propulser les avions et les navires, et les bioproduits fabriqués à partir de ressources renouvelables joueront un rôle essentiel dans la décarbonisation de notre économie, " a déclaré la secrétaire à l'Énergie Jennifer M. Granholm, dans un communiqué annonçant les subventions.

Le programme de recherche du département de l'énergie s'articule autour de deux axes d'études :des microbes de réingénierie qui aident à convertir la biomasse et les polymères synthétiques en carburants et produits. Et deux, développer des technologies d'imagerie pour mieux étudier les plantes et les microbes utilisés pour produire des bioproduits.

Les différents projets « vont nous aider à comprendre, prédire, et même la conception (biocarburants et bioproduits) au niveau cellulaire, afin que nous puissions libérer leur plein potentiel, " dit Granholm.

Des laboratoires aux usines

Jarboe, Jernigan et St. John ont développé un plan en trois parties pour réorganiser les microbes afin qu'ils produisent des enzymes résistantes à la chaleur et aux acides :

• St. John dirigera les efforts pour construire des calculs, modèles à l'échelle du génome du métabolisme microbien, y compris les réactions chimiques qui convertissent les sucres en énergie. Les modèles aideront les chercheurs à prédire comment des températures plus élevées ou des changements d'acidité modifieront les réactions. "Notre travail va essayer d'identifier quelles enzymes réagissent à ces stress et affectent négativement le métabolisme, qui peuvent ensuite être ciblés pour être remplacés, " il a dit.
• Jernigan dirigera les recherches de données sur les enzymes afin d'identifier des substituts robustes pour les enzymes qui échouent à haute température ou acidité. "J'ai étudié les protéines toute ma vie et nous avons des données incroyablement riches - plusieurs centaines de millions de séquences de protéines - et c'est l'occasion de faire des applications pratiques de ces informations, " il a dit.
• Jarboe dirigera les efforts visant à concevoir des microbes capables de produire les enzymes de remplacement robustes. Il y aura aussi des expériences pour évaluer et caractériser les microbes, enzymes et les réactions chimiques qui en résultent. "Peut-être que cela n'a pas d'importance que certains des processus reposent sur des enzymes très sensibles, " dit-elle. " Peut-être qu'il y a d'autres enzymes qui peuvent faire exactement le même travail. "

Si c'est le cas, ces enzymes de remplacement pourraient un jour faire une différence dans la façon dont les carburants biorenouvelables, des produits chimiques et d'autres produits sont fabriqués.

"Trouver une approche systématique de l'ingénierie de la thermotolérance et de la tolérance au pH chez les microbes, " Saint-Jean a dit, « permettra, espérons-le, aux souches nouvellement développées de passer du laboratoire à l'industrie plus rapidement et à moindre coût. »