Lacroix
De nouvelles voies métaboliques synthétiques pour la fixation du dioxyde de carbone pourraient non seulement aider à réduire la teneur en dioxyde de carbone de l’atmosphère, mais également remplacer les procédés de fabrication chimiques conventionnels pour les produits pharmaceutiques et les ingrédients actifs par des procédés biologiques neutres en carbone. Une nouvelle étude démontre un processus qui peut transformer le dioxyde de carbone en un matériau précieux pour l’industrie biochimique through l’acide formique.
Compte tenu de l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, la seize du carbone, la séquestration du dioxyde de carbone provenant de grandes sources d’émission, est une dilemma urgente. Dans la mother nature, l’assimilation du dioxyde de carbone a lieu depuis des millions d’années, mais sa capacité est loin d’être suffisante pour compenser les émissions d’origine humaine.
Des chercheurs dirigés par Tobias Erb à l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre utilisent la boîte à outils de la nature pour développer de nouvelles méthodes de fixation du dioxyde de carbone. Ils ont maintenant réussi à développer une voie métabolique artificielle qui produit le formaldéhyde hautement réactif à partir de l’acide formique, un doable produit intermédiaire de la photosynthèse artificielle. Le formaldéhyde pourrait être introduit directement dans plusieurs voies métaboliques pour former d’autres substances précieuses sans aucun effet toxique. Comme dans le processus naturel, deux composants principaux sont nécessaires : l’énergie et le carbone. Le premier peut être fourni non seulement par la lumière directe du soleil, mais également par l’électricité, par exemple à partir de modules solaires.
L’acide formique est un élément constitutif C1
Au sein de la chaîne de valeur ajoutée, la resource de carbone est variable. le dioxyde de carbone n’est pas la seule selection ici, tous les monocarbures (blocs de construction C1) sont en cause : monoxyde de carbone, acide formique, formaldéhyde, méthanol et méthane. Cependant, la quasi-totalité de ces substances sont hautement toxiques, soit pour les organismes vivants (monoxyde de carbone, formaldéhyde, méthanol), soit pour la planète (méthane comme gaz à effet de serre). Seul l’acide formique, lorsqu’il est neutralisé en son formiate de foundation, est toléré par de nombreux micro-organismes à des concentrations élevées.
“L’acide formique est une supply de carbone très prometteuse”, souligne Maren Nattermann, premier auteur de l’étude. “Mais le convertir en formaldéhyde dans le tube à essai est assez énergivore.” En effet, le sel de l’acide formique, le formiate, ne se transforme pas facilement en formaldéhyde. “Il y a une barrière chimique sérieuse entre les deux molécules que nous devons combler avec de l’énergie biochimique – l’ATP – avant de pouvoir effectuer la réaction proprement dite.”
Le but du chercheur était de trouver un moyen moreover économique. Après tout, moins il faut d’énergie pour alimenter le métabolisme en carbone, as well as il reste d’énergie pour stimuler la croissance ou la generation. Mais un tel chemin n’existe pas dans la nature. “Il faut une certaine créativité pour découvrir les enzymes dites promiscuité aux fonctions multiples”, explique Tobias Erb. “Cependant, la découverte d’enzymes candidates n’est que le début. Nous parlons de réactions sur lesquelles vous pouvez compter automobile elles sont si lentes – dans certains cas, moins d’une réaction par seconde par enzyme. Des réactions naturelles peuvent se produire mille fois as well as vite.” C’est là qu’intervient la biochimie de synthèse, déclare Maren Nattermann : « Si vous connaissez la construction et le mécanisme d’une enzyme, vous savez où intervenir. Ici, nous bénéficions largement des travaux préliminaires de nos collègues de la recherche fondamentale.
La technologie à haut débit accélère l’optimisation des enzymes
L’optimisation des enzymes comprenait plusieurs approches : les blocs de development ont été spécifiquement échangés et des mutations aléatoires ont été générées et sélectionnées pour leur capacité. “Le formiate et le formaldéhyde sont tous deux parfaitement adaptés car ils pénètrent les parois cellulaires. Nous pouvons mettre du formiate dans le milieu de society des cellules qui produisent nos enzymes et, après quelques heures, convertir le formaldéhyde produit en un colorant jaune non toxique”, explique Maren Nattermann..
Le résultat n’aurait pas été achievable en si peu de temps sans l’utilisation de méthodes à haut débit. Pour y parvenir, les chercheurs ont coopéré avec leur partenaire industriel Festo, basé à Esslingen, en Allemagne. “Après approximativement 4000 variantes, nous avons quadruplé la generation”, déclare Maren Nattermann. “Nous avons ainsi créé la foundation pour que le modèle mikrobe Escherichia coli, le cheval de bataille microbien de la biotechnologie, se développe sur l’acide formique. Pour l’instant, cependant, nos cellules ne peuvent que produire du formaldéhyde, pas le convertir davantage.”
Avec le partenaire de collaboration Sebastian Wenk de l’Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes, les chercheurs développent actuellement une souche capable d’absorber les intermédiaires et de les introduire dans le métabolisme central. En parallèle, l’équipe mène des recherches avec un groupe de travail de l’Institut Max Planck pour la conversion chimique de l’énergie dirigé par Walter Leitner sur la conversion électrochimique du dioxyde de carbone en acide formique. L’objectif à lengthy terme est une “plate-forme tout-en-un” – du dioxyde de carbone via un processus électrobiochimique à des produits comme l’insuline ou le biodiesel.
