De nouvelles souches de microbes consommateurs de gaz à effet de serre créent des sous-produits de valeur
Le traitement des déchets liquides et solides est l’un des processus responsables de la production de méthane, un gaz à effet de serre actuellement dégagé dans l’atmosphère en grandes quantités. Ce gaz peut cependant également agir comme matière première pour les micro-organismes appelés méthanotrophes, produisant des produits chimiques utiles qui transforment les déchets en une ressource précieuse, tout en contribuant à atténuer l’effet de serre. Certains méthanotrophes produisent naturellement des produits chimiques précieux. Par exemple, les bactéries du genre Methylocystis produisent du polyhydroxybutyrate (PHB), un plastique biodégradable, alors que le Methylomicrobium alcaliphilum produit de l’ectoïne, un osmoprotecteur de grande valeur avec un prix de plus de 1 000 euros le kilo sur le marché. Les osmoprotecteurs sont de petites molécules organiques avec une charge neutre et une faible toxicité à des concentrations élevées, qui aident les organismes à survivre un stress osmotique extrême. Le projet CH4BioVal financé par l’UE a cherché à comprendre et à améliorer les capacités des deux types de méthanotrophes qui produisent du PHB et de l’ectoïne. Ces recherches ont été entreprises avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.
Amélioration des performances
Pour pouvoir utiliser les méthanotrophes comme des plateformes économiquement viables pour la biotechnologie industrielle, les performances de ces organismes doivent être améliorées. Cela peut être réalisé en augmentant les rendements des composés intéressants qu’ils produisent naturellement en développant les outils génétiques et bio-informatiques nécessaires pour élargir la portée actuellement étroite des produits qui peuvent être fabriqués à partir de méthane. Les méthanotrophes exploitent le méthane, qui constitue leur seule source de carbone et d’énergie, et possèdent un potentiel énorme en tant que plateformes pour l’ingénierie métabolique, où ils sont modifiés en «usines cellulaires». L’initiative CH4BioVal a permis de faire progresser cette approche en générant des modèles métaboliques à l’échelle du génome (genome-scale metabolic models, GSMM). «Ces modèles mathématiques basés sur le génome de méthanotrophe permettent aux scientifiques de mieux comprendre leur métabolisme et les produits qu’ils peuvent produire à partir du méthane», explique Sergio Bordel, titulaire d’une bourse de recherche Marie Curie. Les chercheurs se sont concentrés sur le développement des GSMM pour permettre aux scientifiques de prédire le comportement des cellules dans différentes conditions. Cela leur a également permis de prédire l’issue des manipulations génétiques à la suite de l’ajout ou de la suppression de nouvelles enzymes et donc les réactions métaboliques qu’elles catalysent. «Nous avons développé et validé les premiers GSMM de méthanotrophes de type II. La disponibilité de ces GSMM nous permettra de produire des produits chimiques à partir du méthane à l’aide de processus biologiques», explique Sergio Bordel.
Résultats prévisibles
CH4BioVal a utilisé les GSMM comme plateformes pour l’ingénierie métabolique. «Cette manipulation génétique visant à obtenir des souches produisant des produits à forte valeur ajoutée à partir du méthane permettra la création d’une nouvelle bioéconomie à partir de gaz à effet de serre, avec ses avantages environnementaux et économiques associés pour l’Europe», commente Sergio Bordel. Par ailleurs, CH4BioVal profitera aussi bien aux scientifiques travaillant sur les méthanotrophes, grâce à une meilleure compréhension du métabolisme de ces organismes, qu’aux entreprises se consacrant à la gestion des déchets, grâce à l’apport d’une nouvelle source de valeur pour leurs activités. L’environnement bénéficiera d’une réduction des émissions de méthane dans l’atmosphère. Le projet créera également une nouvelle plateforme pour produire des produits chimiques à partir d’une source renouvelable. La société dans son ensemble bénéficiera donc de tous ces avantages importants. «Vous pouvez utiliser le méthane de manière beaucoup plus intéressante que simplement le brûler pour obtenir de l’énergie – arrêtez de brûler de l’argent!», conclut Sergio Bordel.
Mots‑clés
CH4BioVal, méthane, méthanotrophe, gaz à effet de serre, PHB, ectoïne, osmoprotecteur, ingénierie métabolique, polyhydroxybutyrate, modèle métabolique à l’échelle du génome
