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Une équipe de scientifiques a mis au point un bioprocédé utilisant une levure modifiée qui convertit complètement et efficacement la matière végétale composée d’acétate et de xylose en bioproduits de grande valeur.

Un bioprocédé 

La lignocellulose, la matière ligneuse qui donne aux cellules végétales leur structure, est la matière première la plus abondante sur Terre et est considérée depuis longtemps comme une source d’énergie renouvelable. Elle contient principalement de l’acétate et les sucres glucose et xylose, qui sont tous libérés lors de la décomposition.

L’équipe décrit ses travaux montrant une méthode viable pour surmonter l’un des principaux obstacles à la commercialisation des biocarburants lignocellulosiques, à savoir la toxicité de l’acétate pour les microbes fermenteurs tels que les levures.

« C’est la première fois que l’on démontre l’utilisation efficace et complète du xylose et de l’acétate pour la production de biocarburant », a déclaré Yong-Su Jin, professeur des sciences alimentaires et de nutrition humaine – et premier auteur d’un article.

Leur méthodologie a permis d’utiliser pleinement le xylose et l’acétate des parois cellulaires du panic raide, transformant l’acétate, qui était un sous-produit indésirable, en un substrat précieux qui a augmenté l’efficacité de la levure à convertir les sucres dans les hydrosolats.

« Nous avons compris que nous pouvions utiliser ce qui était considéré comme une substance toxique et inutile comme source de carbone supplémentaire avec le xylose pour produire de manière économique des produits chimiques fins » tels que la lactone d’acide triacétique, ou le TAL, et la vitamine A, qui sont dérivés de la même molécule précurseur; l’acétyl coenzyme A, a déclaré Jin.

Le TAL est une plate-forme chimique polyvalente actuellement obtenue par le raffinage du pétrole et est utilisée pour produire des plastiques et des ingrédients alimentaires, a déclaré Liang Sun, actuellement étudiant postdoctoral à l’Université du Wisconsin, à Madison.

Ils ont utilisé une levure modifiée

Dans des travaux antérieurs, le co-auteur Soo Rin Kim, alors membre de l’Institut des biosciences de l’énergie, a modifié une souche de la levure Saccharomyces cerevisiae pour qu’elle consomme le xylose rapidement et efficacement.

Dans cette étude, ils ont utilisé du panic raide récolté à la ferme énergétique de l’Université pour créer des hydrolysats d’hémicellulose. Les cellules de levure modifiées ont été utilisées pour fermenter le glucose, le xylose et l’acétate dans les hydrolysats.

Lorsque le glucose et l’acétate ont été fournis ensemble, S. cerevisiae a rapidement converti le glucose en éthanol, diminuant le niveau de pH de la culture cellulaire. Cependant, la consommation d’acétate était fortement inhibée, ce qui rendait la culture toxique pour les cellules de levure dans des conditions de faible pH.

Lorsque le xylose a été fourni avec l’acétate, « ces deux sources de carbone ont formé des synergies qui ont favorisé un métabolisme efficace des deux composés », a déclaré Sun. « Le xylose a soutenu la croissance cellulaire et a fourni suffisamment d’énergie pour l’assimilation de l’acétate. Par conséquent, la levure a pu métaboliser très efficacement l’acétate comme substrat pour produire beaucoup de TAL. » Dans le même temps, le pH du milieu a augmenté à mesure que l’acétate était métabolisé, ce qui a favorisé la consommation du xylose par la levure, a expliqué Sun.

« En co-utilisant le xylose et l’acétate comme sources de carbone, nous avons pu améliorer considérablement la production de TAL – 14 fois plus que ce qui avait été rapporté précédemment avec S. cerevisiae modifié », a déclaré Sun. « Nous avons également utilisé cette stratégie pour la production de vitamine A, démontrant ainsi son potentiel de surproduction d’autres bioproduits de grande valeur dérivés de l’acétyl-CoA, tels que les stéroïdes et les flavonoïdes. »

Étant donné que ce procédé utilise minutieusement les sources de carbone de la biomasse lignocellulosique, il peut être intégré sans problème dans les bioraffineries cellulosiques.

Pour un avenir durable

« Il s’agit de la durabilité de notre société », a déclaré Sun. « Nous devons utiliser pleinement ces ressources inexploitées pour construire un avenir durable. Nous espérons que dans 50 ou 100 ans, nous dépendrons principalement de ces matières premières renouvelables et abondantes pour produire l’énergie et les matériaux nécessaires à notre vie quotidienne. »

Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.

Source : University of Illinois at Urbana-Champaign
Crédit photo : iStock

martinChimie
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