Transformer le poison en source d'énergie
Une équipe de chercheurs a réussi à manipuler génétiquement le micro-organisme T. kivui pour qu'il métabolise le monoxyde de carbone
Les changements génétiques peuvent se produire naturellement par le biais de l'évolution ou être initiés à l'aide du génie génétique. La bactérie Thermoanaerobacter kivui(T. kivui) a été manipulée par une équipe de recherche dirigée par Stefan Pflügl de l'Institut d'ingénierie chimique, environnementale et bioscientifique de l'Université technique de Vienne de manière à ce qu'elle puisse métaboliser le monoxyde de carbone. Utilisé dans des bioréacteurs, il peut contribuer à convertir le gaz de synthèse, composé de monoxyde de carbone (CO), de dioxyde de carbone (CO2) et d'hydrogène (H2), en produits de valeur.
Stefan Pflügl et son équipe ont récemment rapporté dans la revue Nature Communications comment T. kivui peut être amené à utiliser le CO comme seule source d'énergie. Dans la revue Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, l'équipe a également présenté sa méthode pour modifier génétiquement T. kivui en douze jours afin qu'il présente les caractéristiques souhaitées.
S'habituer au monoxyde de carbone
T. kivui se développe à des températures élevées et est capable de produire des substances organiques à partir de molécules simples telles que le dioxyde de carbone et l'hydrogène. Ces propriétés peuvent être mises à profit pour utiliser la bactérie en relation avec des usines de gazéification de la biomasse, par exemple, afin de valoriser le gaz de synthèse qui y est produit à partir de déchets de biomasse tels que les résidus agricoles ou les déchets de bois. Par exemple, T. kivui peut être utilisée pour produire durablement de l'acide acétique par fermentation gazeuse et, après une modification génétique appropriée, de l'éthanol ou de l'isopropanol - des matières premières utilisées comme biocarburants ou matières premières chimiques. Cette technologie peut donc être utilisée pour établir une économie circulaire du carbone basée sur des ressources renouvelables.
Le monoxyde de carbone est naturellement toxique pour de nombreux micro-organismes, dont T. kivui, et inhibe leur croissance. "Nous avons toutefois réussi à adapter lentement la bactérie au monoxyde de carbone", rapporte Stefan Pflügl, "plus tard, elle a même été capable d'utiliser le monoxyde de carbone comme seule source d'énergie et de carbone". T. kivui a acquis cette capacité naturellement en quelques générations seulement.
Un examen du génome a révélé aux chercheurs qu'un transposon, c'est-à-dire un segment d'ADN mobile spécifique, est à l'origine de ces nouvelles propriétés.
Accélérer l'évolution grâce au génie génétique
Cette découverte permet non seulement de mieux comprendre comment les micro-organismes s'adaptent à leur environnement, mais elle montre également comment les mécanismes naturels d'évolution peuvent être utilisés à des fins biotechnologiques.
De nombreuses bactéries disposent d'un mécanisme de défense naturel pour reconnaître l'ADN viral et le rendre inoffensif. "Ce mécanisme, également connu sous le nom de ciseaux génétiques CRISPR/Cas, peut être utilisé pour modifier spécifiquement l'ADN. Avec notre méthode, Hi-TARGET, les gènes peuvent être supprimés, modifiés ou ajoutés", explique Stefan Pflügl. L'équipe de recherche a réussi à développer une souche bactérienne qui présente des caractéristiques très similaires à celle qui a évolué naturellement. La nouvelle méthode est non seulement beaucoup plus rapide que les méthodes traditionnelles de génie génétique, mais les chercheurs ont également obtenu un taux de réussite de 100 %.
La manipulation génétique ciblée à l'aide de Hi-TARGET ouvre une sorte de terrain de jeu pour les chercheurs : Comment les propriétés de T. kivui changent-elles lorsque les gènes contenus dans le transposon sont surexprimés ? Et peut-on modifier T. kivui de manière à ce que l'organisme puisse produire des produits plus exigeants à partir de substrats tels que leCO2, leH2 et le CO, qui fournissent peu d'énergie ? "Les connaissances que nous avons acquises sur T. kivui peuvent également être transférées à d'autres micro-organismes qui métabolisent des substrats gazeux", déclare Pflügl en pensant à l'avenir.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Rémi Hocq, Josef Horvath, Maja Stumptner, Mykolas Malevičius, Gerhard G. Thallinger, Stefan Pflügl; "A megatransposon drives the adaptation of Thermoanaerobacter kivui to carbon monoxide"; Nature Communications, Volume 16, 2025-5-6
Angeliki Sitara, Rémi Hocq, Alexander Jiwei Lu, Stefan Pflügl; "Hi-TARGET: a fast, efficient and versatile CRISPR type I-B genome editing tool for the thermophilic acetogen Thermoanaerobacter kivui"; Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, Volume 18, 2025-4-30
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