Fabrication de plastiques et de cosmétiques neutres pour le climat à l'aide de bactéries
Un projet de l'UE vise à réaliser une percée dans la fabrication de produits chimiques durables
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Plastiques, médicaments, cosmétiques : rares sont les produits de la vie quotidienne qui ne dépendent pas de l'utilisation de ressources fossiles. Une équipe de recherche européenne dirigée par la Charité - Universitätsmedizin Berlin entend désormais révolutionner cette pierre angulaire de l'industrie chimique : dans le cadre du projet CarboNcare, les scientifiques mettent au point des bactéries capables de produire d'importants matériaux chimiques de base à partir de méthanol durable, remplaçant ainsi les ressources fossiles. Le projet est financé par une subvention Pathfinder de 3,1 millions d'euros du Conseil européen de l'innovation (EIC), qui soutient spécifiquement les innovations révolutionnaires à fort potentiel commercial.
L'industrie chimique reste fortement dépendante de ressources limitées telles que le pétrole brut, le gaz naturel et le charbon. De nombreuses approches alternatives reposent sur le sucre et la biomasse, mais leur culture nécessite des terres précieuses et entre en concurrence avec la production alimentaire. "Notre objectif est de découpler la production chimique des ressources fossiles et végétales", explique le Dr Steffen Lindner-Mehlich, scientifique à l'Institut de biochimie de la Charité et responsable du projet CarboNcare, actuellement en cours. "Notre objectif est de rendre l'industrie chimique plus durable, sans mettre en péril la sécurité alimentaire. Pour y parvenir, nous utilisons toutes les ficelles de la biotechnologie".
L'objectif des chercheurs est de mettre en place une économie circulaire du CO2 : en d'autres termes, utiliser le dioxyde de carbone libéré dans l'atmosphère - par exemple, lorsqu'un produit en plastique est incinéré à la fin de son cycle de vie - comme matériau de base pour la production de ce même produit. Dans un scénario idéal, cela créerait un cycle de carbone fermé sans aucune émission supplémentaire. Le premier pas sur cette voie est déjà à portée de main aujourd'hui : Le méthanol - un matériau de base essentiel dans l'industrie chimique - peut déjà être fabriqué à partir de CO₂ capturé dans l'atmosphère.
Des usines bactériennes sont destinées à produire du lactate, du succinate et du butanediol
Les scientifiques du projet CarboNcare se concentrent à présent sur la deuxième étape, à savoir la conversion du méthanol en intermédiaires importants tels que le lactate, le succinate et le 2,3-butanediol. L'industrie exploite ces intermédiaires pour produire des médicaments (par exemple, des revêtements de comprimés), des aliments (par exemple, des conservateurs et des exhausteurs de goût), des bioplastiques, des cosmétiques (par exemple, des rouges à lèvres, des crèmes) et du caoutchouc pour la production de pneus. Le projet vise à concevoir des bactéries capables d'effectuer la conversion du méthanol, créant ainsi de minuscules usines biologiques. "Nous reprogrammons génétiquement les deux souches bactériennes déjà utilisées dans l'arène industrielle - Escherichia coli et Pseudomonas putida - de manière à ce qu'elles se "nourrissent" de méthanol et excrètent du lactate, du succinate ou du butanediol", explique Steffen Lindner-Mehlich.
Mais c'est plus facile à dire qu'à faire, car l'énergie que les bactéries obtiennent en se nourrissant est généralement utilisée pour soutenir leur propre croissance, plutôt que pour produire des produits chimiques. "C'est pourquoi nous lions directement la croissance bactérienne à la production des produits chimiques souhaités", ajoute le responsable du projet. "De cette manière, si les bactéries veulent se développer, elles doivent produire la molécule cible en même temps. Cette approche permet non seulement d'augmenter le rendement, mais aussi de rendre le processus plus robuste et prévisible, ce qui est un facteur décisif pour une utilisation industrielle."
Optimisation pour une utilisation industrielle
Afin de reconfigurer complètement les voies métaboliques des bactéries, l'équipe du projet prévoit de simuler dans un premier temps les processus biochimiques sur ordinateur avant d'apporter les modifications nécessaires aux organismes bactériens. "Outre la biologie moléculaire, nous gardons également à l'esprit l'évolutivité industrielle", souligne Steffen Lindner-Mehlich. Le processus de fermentation sera donc conçu de manière à pouvoir fonctionner de manière fiable à l'échelle industrielle par la suite, et il sera également analysé du point de vue de son empreinte environnementale et de sa viabilité économique. L'expertise interdisciplinaire requise pour y parvenir réunit huit partenaires européens issus des milieux scientifiques et industriels au sein du projet CarboNcare.
"Nous voulons développer une alternative sérieusement viable et durable aux méthodes de production établies dans l'industrie chimique", souligne Steffen Lindner-Mehlich. "Nous voulons que les plastiques, les cosmétiques et d'autres produits de tous les jours puissent être fabriqués à l'avenir de manière neutre sur le plan climatique. La demande de produits chimiques de base montre à quel point le potentiel de cette approche pourrait être important : le marché mondial du lactate totalisait à lui seul environ 2,9 milliards d'euros en 2021 et continue de croître.
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