Les bactéries génétiquement modifiées peuvent convertir le glucose en acide gras, qui peut ensuite être transformé en hydrocarbures appelés oléfines. Pour faire pousser de telles bactéries, les scientifiques ajoutent les microbes dans des flacons remplis de nutriments (le bouillon jaune) et les secouent dans un incubateur pour favoriser le flux d'oxygène, comme illustré ici. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
Cela ressemble à de l'alchimie moderne :transformer le sucre en hydrocarbures présents dans l'essence.
Mais c'est exactement ce que les scientifiques ont fait.
Dans une étude à paraître dans Nature Chemistry , des chercheurs rapportent avoir exploité les merveilles de la biologie et de la chimie pour transformer le glucose (un type de sucre) en oléfines (un type d'hydrocarbure et l'un des nombreux types de molécules qui composent l'essence).
Le projet a été dirigé par les biochimistes Zhen Q. Wang de l'Université de Buffalo et Michelle C. Y. Chang de l'Université de Californie à Berkeley.
Le document, qui sera publié le 22 novembre, marque une avancée dans les efforts visant à créer des biocarburants durables.
Les oléfines représentent un petit pourcentage des molécules de l'essence telle qu'elle est actuellement produite, mais le processus développé par l'équipe pourrait probablement être ajusté à l'avenir pour générer également d'autres types d'hydrocarbures, y compris certains des autres composants de l'essence, a déclaré Wang. Elle note également que les oléfines ont des applications autres que les carburants, car elles sont utilisées dans les lubrifiants industriels et comme précurseurs pour la fabrication de plastiques.
Un processus en deux étapes utilisant des microbes mangeurs de sucre et un catalyseur
Pour compléter l'étude, les chercheurs ont commencé par donner du glucose à des souches de E. coli qui ne présentent pas de danger pour la santé humaine.
Zhen Wang, professeur adjoint de sciences biologiques à l'Université de Buffalo, est un expert en biologie synthétique. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
"Ces microbes sont des accros au sucre, encore pires que nos enfants", plaisante Wang.
Le E. coli dans les expériences ont été génétiquement modifiés pour produire une suite de quatre enzymes qui convertissent le glucose en composés appelés acides gras 3-hydroxy. Au fur et à mesure que les bactéries consommaient le glucose, elles ont également commencé à fabriquer des acides gras.
Pour compléter la transformation, l'équipe a utilisé un catalyseur appelé pentoxyde de niobium (Nb2O5) pour éliminer les parties indésirables des acides gras dans un processus chimique, générant le produit final :les oléfines.
Les scientifiques ont identifié les enzymes et le catalyseur par essais et erreurs, en testant différentes molécules avec des propriétés qui se prêtaient aux tâches à accomplir.
"Nous avons combiné ce que la biologie peut faire de mieux avec ce que la chimie peut faire de mieux, et nous les avons réunis pour créer ce processus en deux étapes", explique Wang, Ph.D., professeur adjoint de sciences biologiques à l'UB College of Arts et Sciences. "Grâce à cette méthode, nous avons pu fabriquer des oléfines directement à partir de glucose."
Une souche d'E. coli qui ne met pas en danger la santé humaine se développe dans un flacon plein de nutriments (le bouillon jaune). Dans une étude, les scientifiques ont génétiquement modifié ces E. coli pour convertir le glucose en une classe d'acides gras, que l'équipe a ensuite transformée en un hydrocarbure appelé oléfine. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
Une souche d'E. coli qui ne met pas en danger la santé humaine se développe dans un flacon plein de nutriments (le bouillon jaune). Dans une étude, les scientifiques ont génétiquement modifié ces E. coli pour convertir le glucose en une classe d'acides gras, que l'équipe a ensuite transformée en un hydrocarbure appelé oléfine. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
Le glucose provient de la photosynthèse, qui attire le CO2 hors de l'air
« La fabrication de biocarburants à partir de ressources renouvelables telles que le glucose présente un grand potentiel pour faire progresser la technologie de l'énergie verte », déclare Wang.
"Le glucose est produit par les plantes grâce à la photosynthèse, qui transforme le dioxyde de carbone (CO2 ) et de l'eau en oxygène et en sucre. Ainsi, le carbone contenu dans le glucose, et plus tard dans les oléfines, provient en fait du dioxyde de carbone qui a été extrait de l'atmosphère », explique Wang.
Cependant, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre les avantages de la nouvelle méthode et savoir si elle peut être étendue efficacement pour fabriquer des biocarburants ou à d'autres fins. L'une des premières questions auxquelles il faudra répondre est la quantité d'énergie consommée par le processus de production des oléfines ; si le coût de l'énergie est trop élevé, la technologie devra être optimisée pour être pratique à l'échelle industrielle.
Zhen Wang, professeur adjoint de sciences biologiques à l'Université de Buffalo, est un expert en biologie synthétique. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
Zhen Wang, professeur adjoint de sciences biologiques à l'Université de Buffalo, tient un flacon contenant une souche d'E. coli qui ne met pas en danger la santé humaine. Wang et ses collègues ont montré qu'E. coli génétiquement modifié peut convertir le glucose en une classe d'acides gras, qui peuvent ensuite être transformés en hydrocarbures appelés oléfines. Crédit :Douglas Levere / Université de Buffalo
Les scientifiques sont également intéressés à augmenter le rendement. Actuellement, il faut 100 molécules de glucose pour produire environ 8 molécules d'oléfine, dit Wang. Elle aimerait améliorer ce rapport, en mettant l'accent sur l'amadouer le E. coli pour produire plus d'acides gras 3-hydroxy pour chaque gramme de glucose consommé.
Co-auteurs de l'étude dans Nature Chemistry inclure Wang; Chang ; Heng Song, Ph.D., de l'UC Berkeley et de l'Université de Wuhan en Chine ; Edward J. Koleski, Noritaka Hara, Ph.D., et Yejin Min à UC Berkeley; Dae Sung Park, Ph.D., Gaurav Kumar, Ph.D., et Paul J. Dauenhauer, Ph.D., à l'Université du Minnesota (Park est maintenant au Korea Research Institute of Chemical Technology).
