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Domestiquer les bactéries pour produire du propane

Les organismes photosynthétiques produisent de l'énergie à partir de dioxyde de carbone et d'eau en présence de lumière du soleil. Exploitant ce potentiel, des chercheurs ont étudié l'utilisation de bactéries photosynthétiques manipulées pour produire du propane pour le transport humain.
Domestiquer les bactéries pour produire du propane
L'ingénierie d'organismes photosynthétiques aquatiques pour produire de grandes quantités de combustibles prêts pour un moteur pour le transport humain constitue une opportunité intéressante. Cela permettrait une production à faibles coûts de combustibles de moteur à faibles émissions avec un processus qui n'entre pas en concurrence avec les terres agricoles. Des chercheurs financés par l'UE ont ouvert la voie vers la concrétisation de ce potentiel à l'échelle commerciale dans le cadre du projet DIRECTFUEL (Direct biological conversion of solar energy to volatile hydrocarbon fuels by engineered cyanobacteria).

L'équipe s'est concentrée sur le développement d'un processus de production biosynthétique de propane, un alcane à chaîne courte, avec des cyanobactéries. Ces organismes ne produisent pas naturellement des molécules de ce type mais les prévisions laissent entrevoir que des stratégies commercialement faisables pourraient être disponibles d'ici 10 à 20 ans. Exploitant une combinaison de découverte d'enzymes, de caractérisation de niveau moléculaire et d'ingénierie métabolique, le projet DIRECTFUEL a démontré pour la première fois que la biosynthèse microbienne du propane est possible sur une plateforme d'Escherichia coli.

E. coli est une bactérie intestinale courante bien caractérisée et largement utilisée comme organisme modèle. Elle a une structure à la fois simple et conservée, elle se développe rapidement et est facilement manipulable en laboratoire. La possibilité d'utiliser cette plateforme pour la production de propane pour les transports sera d'une importance majeure dans le domaine de l'énergie et concernant la question du changement climatique.

Le projet DIRECTFUEL a développé et caractérisé les étapes biosynthétiques successives à catalyse enzymatique qui convertissent les intermédiaires naturels à base de carbone de la photosynthèse pour donner le produit cible, le propane. Une grande attention a été portée à la dernière étape critique qui forme le produit alcane. Les chercheurs ont modifié avec succès le gène encodant l'enzyme catalytique de cette étape pour une meilleure utilisation des substrats disponibles.

Les chercheurs ont étudié les effets de la nouvelle voie biosynthétique sur le métabolisme primaire, la croissance et la viabilité d'E. coli et ils ont également développé des modèles de métabolisme cyanobactérien. Un protocole innovant permet pour la première fois une analyse à l'échelle du génome de gènes essentiels en termes de conditions. Finalement, des systèmes photobioréacteurs innovants ont été développés pour produire et quantifier des produits cibles volatils, ce qui constitue la première étape en vue d'applications à l'échelle industrielle.

Les outils expérimentaux et théoriques développés dans le cadre du projet DIRECTFUEL seront très utiles pour poursuivre les efforts de recherche et constitueront une contribution majeure au remplacement à l'échelle industrielle du raffinage pétrochimique par la production photobiologique de propane.

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Mots-clés

Bactéries, propane, photosynthétique, carburants, biosynthétique, enzyme