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Des biocatalyseurs pour des produits chimiques plus respectueux de l’environnement

La bio-oxydation a le potentiel de surmonter l'impact environnemental des procédés actuels d'oxydation chimique utilisés pour la production de produits et intermédiaires chimiques, de biopolymères, de produits de consommation, d'arômes et de parfums.
Des biocatalyseurs pour des produits chimiques plus respectueux de l’environnement
Dans l'industrie chimique, la catalyse joue un rôle important. La plupart des produits chimiques synthétisés industriellement utilisent des catalyseurs pour accélérer le processus d'oxydation industrielle ou le mettre en action. Cependant, par leur utilisation de solvants nocifs ou de composés toxiques, les oxydations chimiques ont souvent des effets secondaires indésirables sur l'environnement. Les matériaux oxydants présentent également un risque d'explosion ou de réaction hautement exothermique.

Le projet BIOOX, financé par l'UE et impliquant 11 grandes entreprises et universités européennes partenaires, a abordé la nécessité de développer de nouveaux procédés de fabrication plus respectueux de l'environnement et plus sûrs pour l'industrie chimique et les utilisateurs finaux.

Des catalyseurs provenant d'organismes vivants

Les bioprocédés ont le potentiel de surmonter la nature dangereuse et l'impact environnemental élevé des processus d'oxydation chimique actuels. L’exploitation des réactions chimiques des cellules d’organismes vivants peut générer une méthode plus sûre et plus écologique de fabrication de produits chimiques qui fournira des produits industriels propres de haute qualité.

«Actuellement, les réactions d'oxydation biocatalytique aérobie ont potentiellement le plus grand impact sur l'adoption future de la biotechnologie industrielle en Europe», souligne le professeur John Whittall. La biocatalyse a longtemps été reconnue pour sa capacité à fournir une méthode propre, efficace sur le plan énergétique et sûre de transformations oxydatives qui forment la base de toute la vie aérobie. Cependant, comme l'explique le professeur Whittall, «les réactions de biocatalyse n'ont pas été largement mises en œuvre dans les procédés de fabrication chimique en raison du manque d'enzymes oxydatives robustes et sélectives disponibles».

Le principal défi est que l'environnement d'oxydation endommage les enzymes. Par conséquent, l'objectif global de BIOOX était de développer des enzymes robustes d'une activité suffisante et pouvant être produites à des coûts raisonnables.

Progrès du projet

Les bio-oxydations sont caractérisées par des conditions de réaction relativement bénignes et une sélectivité raffinée, réalisant souvent des transformations de précurseurs difficiles à produire par la chimie traditionnelle. Le projet visait à développer des outils avancés par rapport aux technologies existantes pour produire des enzymes qui synthétisent et oxydent les alcools.

De nouveaux outils bio-informatiques avancés ont permis aux chercheurs de passer au crible l'activité d'un large éventail de biocatalyseurs différents, y compris les oxydases et les cytochromes P450. Après avoir sélectionné diverses enzymes présentant les propriétés prévues, BIOOX a développé une technique avancée appelée «fermenteur en flacon» pour améliorer les meilleures activités enzymatiques et augmenter leur rendement à partir de souches bactériennes modifiées.

Les chercheurs ont démontré le succès de la synthèse d'acides gras hydroxylés, d'alcènes et de terpènes oxy-fonctionnalisés via les enzymes du cytochrome P450. En utilisant des enzymes alcool-oxydase, ils ont également produit des aldéhydes à des rendements élevés. L'équipe a ensuite expérimenté des méthodes de fermentation avancées pour produire les enzymes souhaitées à un coût viable. Le consortium a également mis à l'échelle les nouveaux réacteurs - en série et en continu - pour leur évaluation par les partenaires du secteur.

En général, BIOOX a offert un nouvel aperçu des enzymes et des processus requis pour développer de nouvelles réactions de bio-oxydation industrielle. «L'objectif principal était de réaliser des réactions d'oxydation pour la production industrielle de produits chimiques à faible coût et de faire en sorte que les utilisateurs ne voient plus la biocatalyse comme une curiosité académique, mais comme un outil utile dans un certain nombre de domaines», déclare le professeur Whittall.

Les réalisations du projet comprennent des technologies pour des applications dans divers marchés, y compris les produits chimiques et les intermédiaires, les biopolymères, les produits de consommation et les arômes et les parfums. Les progrès réalisés par BIOOX devraient ouvrir la voie à l’adoption de la biocatalyse comme technologie de routine dans l'industrie de la biotechnologie et soutenir la bioéconomie européenne basée sur la connaissance.

Informations connexes

Mots-clés

BIOOX, enzymes, biocatalyseurs, biocatalyse, oxydation chimique, bio-oxydation