Service Communautaire d'Information sur la Recherche et le Développement - CORDIS

FP7

INDOX Résultat en bref

Project ID: 613549
Financé au titre de: FP7-KBBE
Pays: Espagne

Revenir à la nature pour produire de façon plus verte

Le projet INDOX, financé par l'UE, a apporté une contribution importante à la chimie verte en explorant des techniques enzymatiques et des processus biocatalytiques destinés à la production manufacturière.
Revenir à la nature pour produire de façon plus verte
Depuis longtemps, l'industrie chimique reconnait qu'elle pourrait s'inspirer de la nature, et plus précisément des cellules vivantes, pour assurer une production plus écologique. Un important secteur de la chimie industrielle, qui dépend des procédés d'oxydation/réduction et des enzymes oxydatives (oxydoréductases), est particulièrement intéressant pour la réalisation de transformations synthétiques.

Toutefois, l'industrie chimique n'a pas encore adopté les réactions d'oxydation enzymatique, à cause de l'absence de biocatalyseurs présentant la sélectivité, la disponibilité et la compatibilité requises par des processus rigoureux. INDOX a fourni des scénarios pertinents d'oxydation enzymatique industrielle pour démontrer l'efficacité de biocatalyseurs optimisés sur des réactions ciblées. Il a également mis en évidence l'évolutivité, la durabilité et la rentabilité de ces procédés, par rapport aux procédés de conversion chimique traditionnels.

Développer des scénarios de preuve de concept

INDOX a exploré l'utilisation des oxydoréductases dans des réactions ciblées présentant un intérêt pour l'industrie chimique. Le coordinateur du projet, le Pr Ange T. Martínez explique que, «la décision d'étudier les réactions d'oxydation est importante, car certaines oxydations peuvent être très difficiles à gérer, même avec les outils de synthèse modernes.» Les enzymes peuvent non seulement constituer un moyen plus durable de produire des produits chimiques industriels, mais elles pourraient même fournir des voies plus rentables et sélectives pour leur fabrication.»

Le projet a sélectionné les enzymes candidates les plus prometteuses dans les groupes de hème-peroxydases / peroxygénases, de flavo-oxydases et de cuivre-oxydoréductases provenant de génomes fongiques. Il a ensuite utilisé des outils d'ingénierie des protéines, s'appuyant sur des analyses informatiques, afin d'améliorer leurs propriétés catalytiques et/ou augmenter leur robustesse. Le projet a suivi plusieurs approches pour optimiser les conditions de réaction et les configurations du réacteur (y compris les techniques d'immobilisation et de nouvelles réactions enzymatiques en cascade).

Pour illustrer la réussite de cette approche, M. Martínez cite la conversion à 100 % de 5-hydroxyméthylfurfural dérivé de la biomasse en acide 2,5-furanne dicarboxylique (FDCA), dans une réaction intelligente en cascade combinant deux enzymes oxydatives. «Le FDCA a été identifié comme l'un des 12 'produits chimiques de plateforme' (avec les acides succiniques et autres acides organiques, 3-hydroxybutyrolactone, les dérivés du glycérol, du sorbitol et du xylitol). Il peut être utilisé comme une alternative viable pour la production d'une gamme de polymères à volume élevé, comme le polyester et les polyamides. La technologie chimique actuellement utilisée pour la production de FDCA présente une faible sélectivité, ce qui conduit à des sous-produits indésirables diminuant le rendement de la production de polymère, un problème qui pourrait être surmonté en utilisant notre technologie enzymatique.»

Les enzymes oxydatives utilisées par INDOX étaient des oxydoréductases fongiques. Il s'agit d'une approche innovante, dans la mesure où, contrairement à d'autres types d'enzymes étudiées à cet effet, ces enzymes sont relativement nouvelles pour la communauté scientifique. Selon M. Martínez, «cela a conduit à certains goulets d'étranglement quand on a tenté de démontrer leur efficacité dans des applications industrielles de fabrication de produits chimiques en vrac et de produits chimiques de spécialité en volume, ce qui était le principal objectif du projet INDOX.»

Vers une chimie plus verte

INDOX a créé un ensemble de nouveaux biocatalyseurs oxydatifs qui ont été testés en laboratoire, montrant la faisabilité de plusieurs réactions cibles telles que l'oxyfonctionnalisation de composés aliphatiques et aromatiques, le couplage des phénols et d'autres composés aromatiques pour produire des polymères et des colorants, la décoloration des teintures et la modification oxydative de la lignine.

Pour la synthèse chimique, l'utilisation de l'identification et de l'ingénierie d'enzymes spécifiques pour obtenir des molécules complexes destinées à des produits chimiques de spécialité constitue une tâche presque impossible. Lorsque cette capacité est associée à une amélioration de l'efficacité de la production (par exemple en modifiant les matières premières grâce à des procédés peu coûteux, à basse température, peu gourmands en énergie et sélectifs), l'utilisation des enzymes devient un ingrédient essentiel d'une «chimie verte», stimulant les efforts pour améliorer la durabilité des processus de production.

Les travaux se sont poursuivis au-delà d'INDOX. Les financements proviennent maintenant de l'initiative d'entreprise commune Bio-based Industries Joint Undertaking, un partenariat public-privé entre l'UE et le consortium Bio-based Industries opérant dans le cadre du programme Horizon 2020.

Mots-clés

INDOX, biocatalyseurs oxydants, enzymes, oxydoréductases, chimie verte, bio-industries
Numéro d'enregistrement: 190647 / Dernière mise à jour le: 2016-12-07