Les chercheurs ont découvert des détails sur la manière dont un particular type de bactéries décompose la cellulose – une découverte qui pourrait aider à réduire le coût et l’impact environnemental de l’utilisation de la biomasse, y compris la generation de biocarburants. Le système de dégradation de la cellulose de la bactérie est en quelque sorte différent de la façon dont un champignon est déjà largement utilisé dans l’industrie, notamment pour adoucir le denim afin de fabriquer des denims délavés à la pierre.




Les attempts pour trouver des moyens de décomposer la cellulose, la substance dure qui compose les parois cellulaires des plantes, furthermore rapidement et de manière additionally successful, est depuis longtemps un objectif des chercheurs industriels.

Un système de dégradation bactérienne de la cellulose pourrait stimuler la production de biocarburants

Lorsque les plantes sont transformées en biocarburants ou en d’autres applications de la biomasse, la cellulose doit d’abord être dégradée en molécules de sucre in addition simples, et cette étape peut représenter jusqu’à un quart des coûts d’exploitation et d’investissement de la production de biocarburants. Si ce processus peut être rendu in addition rapide et as well as productif, cela ne permettra pas seulement d’économiser de l’argent pour l’industrie, mais de telles efficiences pourraient également réduire l’impact environnemental de la output.




Les molécules de cellulose se lient très fortement les unes aux autres, ce qui rend la cellulose très difficile à décomposer. Cependant, certains champignons sont capables de le décomposer et leurs systèmes de dégradation de la cellulose sont bien connus.

Les champignons produisent de nombreux kinds de cellulases – des enzymes qui accélèrent la réaction chimique qui dégrade la cellulose. Et ces champignons ont été largement utilisés dans l’industrie pour cette raison. Par exemple, le champignon Trichoderma reesei – découvert pendant la Seconde Guerre mondiale dans le Pacifique à la suite de son rongement sur les tentes et les vêtements – est utilisé dans la production de jeans délavés à la pierre. La cellobiohydrolase, un form de cellulase produit par le champignon, décompose la cellulose en cellobiose, un sucre simple additionally facilement utilisable par les organismes. Cela dégrade légèrement le matériau denim par endroits, ce qui à son tour l’assouplit – le faisant apparaître comme lavé avec des pierres – et le rend as well as confortable à porter.

Mais il existe un autre variety de système de dégradation de la cellulose utilisé par certaines bactéries, et qui est similaire à bien des égards à celui utilisé par ce champignon. Mais ce système n’a pas été très bien compris jusqu’à présent. Dans un report du Journal of Organic Chemistry du 18 août, des chercheurs de l’Institut japonais des sciences moléculaires, des instituts nationaux des sciences naturelles (IMS, NINS) ont enfin décrit ce système en détail au niveau d’une seule molécule.

Le kind de cellobiohydrolase produite par la bactérie Cellulomonas fimi a un domaine catalytique similaire à la cellobiohydrolase produite par T. reesei. Le domaine catalytique d’une enzyme est sa région qui interagit avec une molécule qu’elle souhaite changer ou décomposer (afin de provoquer la réaction enzymatique). Le champignon et le système de dégradation de la cellulose de la bactérie présentent également une activité hydrolytique similaire (la façon dont ils utilisent l’eau pour briser les liaisons chimiques de la cellulose).

Mais les deux systèmes ont des modules de liaison aux glucides différents (la série de protéines de l’enzyme qui se lient aux glucides de la cellulose) et ce que l’on appelle des « lieurs », essentiellement la partie de l’enzyme qui relie le domaine catalytique au glucide -modules de liaison.

Dans des recherches antérieures, les scientifiques du NINS avaient déjà établi que la structure de la région de liaison de la cellobiohydrolase fongique jouait un rôle important dans la vitesse à laquelle l’enzyme se lie à la cellulose (et donc à la vitesse à laquelle le système dégrade la cellulose).

« Les prochaines issues évidentes étaient donc: même si ces autres get-togethers de la cellobiohydrolase de la bactérie sont différentes de celles du champignon, font-elles néanmoins quelque selected de similaire ? » ont déclaré Akihiko Nakamura et Ryota Iino, les chercheurs de l’équipe. « Accélèrent-ils également la dégradation de la cellulose ? »

Ils ont constaté que oui. Les scientifiques ont utilisé l’imagerie par fluorescence à molécule special – une méthode avancée de microscopie qui fournit des images de cellules vivantes avec une résolution de quelques dizaines de nanomètres seulement – pour observer la liaison de la cellobiohydrolase de la bactérie et sa dissociation des molécules de cellulose.

Cela leur a permis de clarifier les fonctions des différentes parties du système de dégradation de la cellulose. Ils ont constaté que les modules de liaison aux glucides étaient en effet importants pour la liaison initiale, mais que le rôle joué par la région de liaison était assez mineur.

Cependant, ils ont constaté que le domaine catalytique n’était pas si similaire après tout. Sa structure présentait des boucles furthermore longues à l’entrée et à la sortie d’un « tunnel » au cœur du système par rapport à celle du champignon. Et cette différence dans la composition du tunnel entraîne une furthermore grande processivité – la capacité d’une enzyme à déclencher plusieurs réactions consécutives.

Les prochaines étapes consisteront à concevoir ces enzymes bactériennes de dégradation de la cellulose pour décomposer la cellulose in addition rapidement.