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Gènes pour fabriquer des carburants à base d'hydrocarbures
De nombreuses espèces produisent naturellement de petites quantités d'hydrocarbures. Maintenant des chercheurs à la startup LS9 , basé à South San Francisco, Californie, ont décrit les gènes et les enzymes responsables de cette production d'alcanes, les principaux composants des carburants tels que le diesel. Les résultats, rapportés dans le numéro actuel de la revue La science , ont permis aux chercheurs de concevoir E. coli bactéries pouvant sécréter des hydrocarbures alcanes susceptibles d'être brûlés dans les moteurs diesel.
Gène de carburant : Les cyanobactéries illustrées ici produisent naturellement des hydrocarbures qui peuvent être utilisés comme carburant dans les moteurs diesel. Les chercheurs du LS9 ont maintenant identifié les gènes responsables.
LS9 avait déjà signalé avoir utilisé des bactéries pour produire des hydrocarbures, mais c'est la première fois que les chercheurs révèlent comment ils l'ont fait. Il s'agit de la première caractérisation de ces enzymes. Pratiquement rien n'était connu sur les enzymes responsables et comment le font-elles, dit Françoise Arnold , professeur de génie chimique, de bio-ingénierie et de biochimie à Caltech. Arnold n'a pas été impliqué dans le travail LS9. La découverte ouvre un tout nouvel ensemble de possibilités, dit-elle. Ces réactions sont très intéressantes. La nature en a fait quelques versions. Désormais, en laboratoire, nous pouvons réaliser de nombreuses autres versions, pour laisser libre cours à votre imagination. Cependant, toutes les applications commerciales découvertes par Arnold et d'autres nécessiteront probablement un accord de licence avec LS9, qui a déposé un brevet pour sa découverte.
Les chercheurs du LS9 ont découvert les gènes impliqués en comparant les génomes de 10 souches de cyanobactéries (également appelées algues bleu-vert) qui produisent naturellement des alcanes avec une souche très similaire qui ne produit pas d'alcanes. Ils ont identifié 20 gènes que possédaient les souches productrices d'alcanes mais qui manquaient à la souche non productrice d'alcanes. À partir de là, les chercheurs ont réduit les possibilités jusqu'à ce qu'ils identifient les gènes et les enzymes nécessaires à la production d'alcanes. Ils ont confirmé leur découverte en incorporant les gènes dans E. coli et mesurer les alcanes que les bactéries ont ensuite fabriqués. Les bactéries sécrètent les alcanes, qui peuvent ensuite être facilement collectés et utilisés comme combustible.
Les organismes fabriquent des alcanes via un processus complexe qui produit des acides gras à partir de dioxyde de carbone ou de sucres. Les acides gras sont ensuite convertis par les organismes en un aldéhyde qui comprend un atome de carbone lié à un atome d'oxygène (ensemble, ils créent ce qu'on appelle un groupe carbonyle). L'enzyme aldéhyde décarbonylase aide à éliminer ce groupe pour former une chaîne d'atomes d'hydrogène et de carbone – l'hydrocarbure. Le processus naturel produit une collection d'hydrocarbures de différentes longueurs qui sont comparables aux molécules d'hydrocarbures du diesel.
Plusieurs groupes de recherche d'universités et d'entreprises ont cherché des moyens de fabriquer des carburants renouvelables suffisamment similaires à l'essence, au diesel et au carburéacteur à base de pétrole pour être utilisés dans les véhicules existants. De tels carburants seraient plus polyvalents que l'éthanol, qui ne peut pas être utilisé à des concentrations élevées dans les moteurs ordinaires. La découverte du LS9 est un coup de pouce à cet effort.
Mais il reste du travail avant que les gènes puissent produire des quantités commerciales de carburant à des prix pouvant rivaliser avec les combustibles fossiles. C'est loin de décrire un procédé commercialement viable pour fabriquer des alcanes, dit Arnold. Le carburant doit être très bon marché. Il n'est pas clair que nous allons jamais le rendre bon marché et facile par cette voie. Un défi fondamental consiste à étendre le processus. Tout se résume à savoir si vous pouvez envoyer suffisamment de carbone par cette voie pour atteindre des niveaux industriels, dit-elle.
LS9 a été génétiquement modifié E. coli pour optimiser le processus par lequel la bactérie convertit le sucre en carburant. Par exemple, E. coli se nourrit naturellement de certains des acides gras qu'il produit, plutôt que de les utiliser comme matière première pour produire des alcanes. LS9 modifie les bactéries afin qu'elles ne mangent pas les acides gras, ce qui contribue à augmenter les rendements en carburant, explique Andreas Schirmer, directeur associé de l'ingénierie métabolique de LS9.
Le premier carburant de l'entreprise mis sur le marché ne sera probablement pas un hydrocarbure. Il y a quatre ans, la société a commencé à développer un carburant à base d'esters gras qui, selon elle, pourrait remplacer le carburant diesel. .