Des scientifiques de l’Université de Manchester ont réalisé une percée significative en utilisant des cyanobactéries, communément appelées « algues bleu-vert », pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en précieux matériaux d’origine biologique.
Leur travail, publié dans Biotechnologie pour les biocarburants et les bioproduitspourrait accélérer le développement d’alternatives durables aux produits dérivés des combustibles fossiles comme les plastiques, contribuant ainsi à ouvrir la voie à une bioéconomie circulaire neutre en carbone.
La recherche, dirigée par le Dr Matthew Faulkner, en collaboration avec le Dr Fraser Andrews et le professeur Nigel Scrutton, visait à améliorer la production de citramalate, un composé qui sert de précurseur aux plastiques renouvelables tels que le Perspex ou le Plexiglas. En utilisant une approche innovante appelée « plan d’expérience », l’équipe a multiplié par 23 la production de citramalate en optimisant les paramètres clés du processus.
Pourquoi des cyanobactéries ?
Les cyanobactéries sont des organismes microscopiques capables de photosynthèse, convertissant la lumière du soleil et le CO2 en composés organiques. Ils constituent un candidat prometteur pour des applications industrielles car ils peuvent transformer le CO2, un gaz à effet de serre majeur, en produits de valeur sans dépendre des ressources agricoles traditionnelles comme le sucre ou le maïs. Cependant, jusqu’à présent, la croissance lente et l’efficacité limitée de ces organismes ont posé des défis pour une utilisation industrielle à grande échelle.
« Notre recherche s’attaque à l’un des principaux obstacles à l’utilisation des cyanobactéries pour une fabrication durable », explique Matthew. « En optimisant la façon dont ces organismes convertissent le carbone en produits utiles, nous avons franchi une étape importante vers la viabilité commerciale de cette technologie. »
La science derrière la percée
Les recherches de l’équipe se sont concentrées sur Synechocystis sp. PCC 6803, une souche de cyanobactérie bien étudiée. Le citramalate, au centre de leur étude, est produit en une seule étape enzymatique à l’aide de deux métabolites clés : le pyruvate et l’acétyl-CoA. En ajustant les paramètres du processus tels que l’intensité lumineuse, la concentration de CO2 et la disponibilité des nutriments, les chercheurs ont pu augmenter considérablement la production de citramalate.
Les expériences initiales n’ont donné que de petites quantités de citramalate, mais la conception de l’approche expérimentale a permis à l’équipe d’explorer systématiquement l’interaction entre plusieurs facteurs. En conséquence, ils ont augmenté la production de citramalate à 6,35 grammes par litre (g/L) dans des photobioréacteurs de 2 litres, avec un taux de productivité de 1,59 g/L/jour.
Bien que la productivité ait légèrement diminué lors du passage à des réacteurs de 5 litres en raison des problèmes d’apport de lumière, l’étude démontre que de tels ajustements sont gérables dans les processus de mise à l’échelle de la biotechnologie.
Une vision de la bioéconomie circulaire
Les implications de cette recherche s’étendent au-delà des plastiques. Le pyruvate et l’acétyl-CoA, les principaux métabolites impliqués dans la production de citramalate, sont également les précurseurs de nombreux autres composés biotechnologiquement importants. Les techniques d’optimisation démontrées dans cette étude pourraient donc être appliquées pour produire une variété de matériaux, des biocarburants aux produits pharmaceutiques.
En améliorant l’efficacité du captage et de l’utilisation du carbone, la recherche contribue aux efforts mondiaux visant à atténuer le changement climatique et à réduire la dépendance à l’égard des ressources non renouvelables.
« Ce travail souligne l’importance d’une bioéconomie circulaire », ajoute Matthew. « En transformant le CO2 en quelque chose de précieux, nous ne réduisons pas seulement les émissions : nous créons un cycle durable dans lequel le carbone devient la pierre angulaire des produits que nous utilisons quotidiennement. »
Quelle est la prochaine étape ?
L’équipe prévoit d’affiner davantage ses méthodes et d’explorer des moyens d’augmenter la production tout en maintenant l’efficacité. Ils étudient également comment leur approche peut être adaptée pour optimiser d’autres voies métaboliques chez les cyanobactéries, dans le but d’élargir la gamme de produits d’origine biologique pouvant être fabriqués de manière durable.
Plus d’informations :
Matthew Faulkner et al, Amélioration de la productivité du citramalate à partir du CO2 par Synechocystis sp. PCC 6803 grâce à la conception d’expériences, Biotechnologie pour les biocarburants et les bioproduits (2024). DOI : 10.1186/s13068-024-02589-z