Les scientifiques ont montré une nouvelle technologie dans laquelle des bactéries issues de la bio-ingénierie peuvent fabriquer des produits chimiques/polymères rentables à partir de sources renouvelables. usine sources
Lignine est un matériau qui constitue la paroi cellulaire de toutes les plantes des terres arides. C'est le deuxième polymère naturel le plus abondant après la cellulose. Ce matériau est le seul polymère présent dans les plantes qui ne soit pas composé de glucides (sucre) monomères. Les biopolymères lignocellulosiques apportent forme, stabilité, résistance et rigidité aux plantes. Les biopolymères de lignocellulose sont constitués de trois composants principaux : la cellulose et l'hémicellulose forment une structure dans laquelle la lignine est incorporée comme une sorte de connecteur solidifiant ainsi la paroi cellulaire. La lignification des parois cellulaires rend les plantes résistantes au vent et aux parasites et les aide à pourrir. La lignine est une ressource énergétique renouvelable vaste mais très sous-utilisée. La lignine, qui représente jusqu'à 30 pour cent de la biomasse lignocellulosique, est un trésor inexploité – du moins d'un point de vue chimique. L'industrie chimique dépend principalement des composés carbonés pour créer différents produits comme la peinture, les fibres artificielles, les engrais et surtout le plastique. Cette industrie utilise certaines ressources renouvelables comme l'huile végétale, l'amidon, la cellulose, etc., mais cela ne représente que 13 pour cent de tous les composés.
La lignine, une alternative prometteuse au pétrole pour la fabrication de produits
En fait, la lignine est la seule et unique source renouvelable sur terre qui contient un grand nombre de composés aromatiques. Ceci est important car les composés aromatiques sont généralement extraits de la source pétrolière non renouvelable et sont ensuite utilisés pour produire les plastiques, peintures, etc. Ainsi, le potentiel de la lignine est très élevé. Contrairement au pétrole qui est un combustible fossile non renouvelable, les lignocelluloses sont dérivées de du bois., paille ou Miscanthus qui sont des sources renouvelables. La lignine peut être cultivée dans les champs et les forêts et est généralement neutre vis-à-vis du climat. Les lignocelluloses sont considérées comme une alternative sérieuse au pétrole au cours des dernières décennies. Le pétrole est actuellement le moteur de l’industrie chimique. Le pétrole est une matière première pour de nombreux produits chimiques de base qui sont ensuite utilisés pour fabriquer des produits utiles. Mais le pétrole est une source non renouvelable et est en diminution. Il faut donc se concentrer sur la recherche de sources renouvelables. Cela fait entrer en jeu la lignine, qui semble être une alternative très prometteuse.
La lignine est pleine d'énergie, mais la récupération de cette énergie est un processus compliqué et coûteux et donc même le biocarburant généré car le résultat final est généralement très coûteux et ne peut pas remplacer économiquement «l'énergie de transport» actuellement utilisée. De nombreuses approches ont été étudiées pour développer des moyens rentables de décomposer la lignine et de la convertir en produits chimiques précieux. Cependant, plusieurs limitations ont restreint la conversion d'une matière végétale tactile comme la lignine à une utilisation comme source d'énergie alternative ou même à essayer de la rendre plus rentable. Une étude récente a réussi à transformer des bactéries (E. Coli) en une usine de cellules de bioconversion efficace et productive. Bactéries croissent et se multiplient très rapidement et sont capables de résister à des processus industriels difficiles. Ces informations ont été combinées à une compréhension des dégradants de la lignine naturellement disponibles. L'ouvrage a été publié dans le Actes de la National Academy of Science USA.
L'équipe de chercheurs dirigée par le Dr Seema Singh des Laboratoires nationaux Sandia a résolu trois problèmes principaux rencontrés lors de la transformation de la lignine en produits chimiques de plate-forme. Le premier obstacle majeur est que les bactéries E.Coli ne produit généralement pas les enzymes nécessaires à la conversion. Les scientifiques ont tendance à résoudre ce problème de production d’enzymes en ajoutant un « inducteur » à l’anneau de fermentation. Ces inducteurs sont efficaces mais très coûteux et s’intègrent donc mal dans le concept de bioraffinerie. Les chercheurs ont essayé un concept dans lequel un composé dérivé de la lignine comme la vanille était utilisé comme substrat ainsi que comme inducteur en concevant le les bactéries E.Coli. Cela éviterait le recours à un inducteur coûteux. Cependant, comme le groupe l'a découvert, la vanille n'était pas un bon choix, notamment parce qu'une fois la lignine décomposée, la vanille est produite en grande quantité et commence à inhiber la fonction d'E.Coli, c'est-à-dire que la vanille commence à créer une toxicité. Mais cela a joué en leur faveur lorsqu'ils ont conçu le les bactéries. Dans le nouveau scénario, le produit chimique toxique pour E.Coli est utilisé pour lancer le processus complexe de « valorisation de la lignine ». Une fois que la vanille est présente, elle active les enzymes et les bactéries commencent à convertir la vanilline en catéchol, qui est le produit chimique souhaité. De plus, la quantité de vanilline n’atteint jamais le niveau toxique car elle est autorégulée dans le système actuel. Le troisième et dernier problème était celui de l’efficacité. Le système de conversion était lent et passif. Les chercheurs ont donc étudié des transporteurs plus efficaces provenant d'autres bactéries et les ont intégrés dans E. Coli, qui a ensuite accéléré le processus. Surmonter les problèmes de toxicité et d’efficacité grâce à de telles solutions innovantes peut contribuer à faire de la production de biocarburant un processus plus économique. Et la suppression d’un inducteur externe ainsi que l’incorporation d’une autorégulation peuvent optimiser davantage le processus de fabrication de biocarburant.
Il est bien établi qu'une fois la lignine décomposée, elle a la capacité de fournir ou plutôt de "conférer" des produits chimiques de plate-forme précieux qui peuvent ensuite être convertis en nylon, plastiques, produits pharmaceutiques et autres produits importants qui sont actuellement dérivés du pétrole, un non -source d'énergie renouvelable. Cette étude est pertinente en tant qu'étape vers la recherche et le développement de solutions rentables pour les biocarburants et la bioproduction. En utilisant la technologie de la bio-ingénierie, nous pouvons produire de plus grandes quantités de produits chimiques de plate-forme et plusieurs autres nouveaux produits finaux, non seulement avec E.Coli bactérien, mais également avec d'autres hôtes microbiens. Les recherches futures des auteurs se concentreront sur la démonstration d'une production économique de ces produits. Cette recherche a un impact énorme sur les processus de production d'énergie et l'élargissement de l'éventail des possibilités pour les produits verts. Les auteurs remarquent que dans un avenir proche, la lignocellulose devrait certainement compléter le pétrole sinon le remplacer.
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Sources)
Wu W et al. 2018. Vers une ingénierie d'E. coli avec un système d'autorégulation pour la valorisation de la lignine', Actes de l'Académie nationale des sciences. 115 (12). https://doi.org/10.1073/pnas.1720129115
