Des chercheurs du Centre d’innovation en bioénergie et bioproduits avancés (CABBI) ont réalisé une avancée significative qui pourrait conduire à des produits chimiques agricoles et des produits de tous les jours meilleurs et plus écologiques.
En utilisant un procédé combinant des enzymes naturels et de la lumière, l’équipe de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a développé une méthode écologique pour mélanger avec précision le fluor, un additif important, dans des produits chimiques appelés oléfines, des hydrocarbures utilisés dans une vaste gamme de produits, des détergents aux carburants en passant par les médicaments. Cette méthode révolutionnaire offre une nouvelle stratégie efficace pour créer des produits chimiques de grande valeur avec des applications potentielles dans les produits agrochimiques, les produits pharmaceutiques, les carburants renouvelables, etc.
L’étude, publiée dans Science, Le projet a été dirigé par le responsable du thème de conversion du CABBI, Huimin Zhao, professeur de génie chimique et biomoléculaire (ChBE), responsable du thème de conception de biosystèmes à l’Institut Carl R. Woese de biologie génomique (IGB) et directeur du NSF Molecule Maker Lab Institute de l’Illinois ; et l’auteur principal Maolin Li, chercheur postdoctoral associé au CABBI, au ChBE et à l’IGB.
En tant qu’additif, le fluor peut améliorer l’efficacité et la durée de vie des produits agrochimiques et des médicaments. Sa petite taille, ses propriétés électroniques et sa capacité à se dissoudre facilement dans les graisses et les huiles ont toutes un impact profond sur la fonction des molécules organiques, augmentant leur absorption, leur stabilité métabolique et leurs interactions avec les protéines. Cependant, l’ajout de fluor est délicat et nécessite généralement des processus chimiques complexes qui ne sont pas toujours respectueux de l’environnement.
Les scientifiques de cette étude ont utilisé une « photoenzyme » – une enzyme réutilisée qui fonctionne sous la lumière – pour aider à introduire du fluor dans ces produits chimiques. En utilisant la lumière et les photoenzymes, ils ont pu fixer avec précision le fluor aux oléfines, contrôlant exactement où et comment il est ajouté. Parce que cette méthode est non seulement respectueuse de l’environnement mais aussi très spécifique, elle permet de créer plus efficacement de nouveaux composés utiles qui étaient difficiles à fabriquer auparavant.
Cette approche comble une lacune importante en chimie moléculaire, car les méthodes précédentes d’ajout de fluor étaient limitées et inefficaces. Elle ouvre également de nouvelles possibilités pour créer de meilleurs médicaments et produits agricoles, car les composés fluorés sont souvent plus efficaces, plus stables et plus durables que leurs homologues non fluorés. Cela signifie que les engrais et les herbicides pourraient être plus efficaces pour protéger les cultures, et les médicaments pourraient être plus puissants ou avoir moins d’effets secondaires.
« Cette avancée représente un changement significatif dans notre approche de la synthèse des composés fluorés, essentiels dans de nombreuses applications, de la médecine à l’agriculture », a déclaré Zhao. « En exploitant la puissance des enzymes activées par la lumière, nous avons développé une méthode qui améliore l’efficacité de ces synthèses et s’aligne sur la durabilité environnementale. Ce travail pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies plus écologiques dans la production chimique, ce qui constitue une victoire non seulement pour la science, mais pour la société dans son ensemble. »
La recherche fait progresser la mission de CABBI en matière de bioénergie en mettant au point des méthodes innovantes en biocatalyse qui peuvent améliorer la production de produits chimiques d’origine biologique, c’est-à-dire ceux dérivés de ressources renouvelables telles que les plantes ou les micro-organismes plutôt que du pétrole. Le développement de procédés biochimiques plus efficaces et plus respectueux de l’environnement s’inscrit dans la volonté de CABBI de créer des solutions bioénergétiques durables qui minimisent l’impact environnemental et réduisent la dépendance aux combustibles fossiles.
Cette étude contribue également à la mission plus vaste du Département de l’énergie des États-Unis (DOE) visant à favoriser les progrès dans le domaine de la bioénergie et des bioproduits. Les méthodes développées dans cette étude peuvent conduire à des processus industriels plus durables, moins gourmands en énergie et réduisant les déchets chimiques et la pollution, soutenant ainsi les objectifs du DOE visant à promouvoir les technologies énergétiques propres. La capacité à créer efficacement des composés fluorés de haute valeur pourrait conduire à des améliorations dans divers domaines, notamment les sources d’énergie renouvelables et les bioproduits qui soutiennent la croissance économique et la durabilité environnementale.
« Nos recherches ouvrent des perspectives fascinantes pour l’avenir du développement pharmaceutique et agrochimique », a déclaré Li. « En intégrant le fluor dans des molécules organiques par un processus photoenzymatique, nous améliorons non seulement les propriétés bénéfiques de ces composés, mais nous le faisons également d’une manière plus respectueuse de l’environnement. Il est passionnant de réfléchir aux applications potentielles de nos travaux dans la création de produits plus efficaces et plus durables pour un usage quotidien. »
Les chercheurs du CABBI Yujie Yuan, Wesley Harrison et Zhengyi Zhang du ChBE et de l’IGB de l’Illinois étaient co-auteurs de cette étude.
Plus d’information:
Maolin Li et al, Incorporation photoenzymatique asymétrique de motifs fluorés dans les oléfines, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk8464