Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’urgence écologique et l’épuisement des ressources naturelles obligent l’industrie chimique à repenser son mode de production. Depuis les années 1990, l’ingénierie métabolique vise à concevoir « à la carte » des micro-organismes capables de produire par fermentation le composé chimique voulu à partir de ressources renouvelables. Cet article traite des différents concepts, enjeux et de l’état de l’art de la discipline. Il sera aussi question des nouvelles directions prises par la biologie de synthèse et son impact sur l’avenir des biotechnologies industrielles.
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To address today's ecological issues and exhaustion of natural resources, the entire methodology of industrial production needs to be reconsidered. Since the 1990s, metabolic engineering has sought to build tailor-made micro-organisms to produce compounds of interest from renewable resources by microbial culture. This article presents the fundamental concepts and state of the art in this branch of applied science. It details the new directions taken by the field of synthetic biology and its impact on future industrial biotechnologies.
Auteur(s)
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Cyrille PAUTHENIER : Doctorant - Institut de Biologie systémique et synthétique, université d'Évry-val-d'Essonne, CNRS FRE3571, Génopole, Évry, France
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Jean-Loup FAULON : Professeur à l'université d'Évry-val-d'Essonne - Directeur de l'Institut de Biologie systémique et synthétique - Institut de - Biologie systémique et synthétique, université d'Évry-val-d'Essonne, CNRS FRE3571, Génopole, Évry, France
INTRODUCTION
Depuis le XIXe siècle, nos sociétés se sont développées sur la base d'une industrie florissante et sont devenues dépendantes de produits et d'énergies en provenance de sources non renouvelables. Du fait de la dégradation de l'environnement et de l'épuisement prochain d'un grand nombre de ressources naturelles, il est nécessaire de repenser nos modes de production et de consommation ; à l'économie d'abord, puis de substituer aux besoins indispensables une production alternative propre et viable.
L'identification de souches naturelles a permis le développement des premiers procédés de fermentation industriels au début du XXe siècle, avec la production d'antibiotiques, d'acides aminés et de quelques acides organiques. Mais depuis les années 1980, les progrès de l'ingénierie du vivant ont permis de franchir une étape supplémentaire avec l'ambition de construire des organismes « à la carte », capables de produire par fermentation le composé voulu à partir de ressources renouvelables. C'est l'objectif d'un champ de recherche appelé « ingénierie métabolique ». À ce jour, la fermentation de plus de 130 composés différents a été étudiée dans de multiples organismes afin de couvrir les besoins en carburants, plastiques et autres molécules de l'agriculture, de la chimie et de la médecine.
Contraindre un micro-organisme à fabriquer un autre produit est loin d'être une tâche aisée. Il est possible d'en produire de faibles quantités, mais obtenir un rendement économiquement viable est très dépendant de la source de carbone, de l'échelle de production et de la méthode de séparation utilisée. Dans cette article, nous présentons un panel d'outils et de méthodes utilisables pour concevoir un organisme et augmenter de manière significative ses rendements en utilisant des approches de biologie de synthèse.
Nous pensons que les technologies issues de l'ingénierie métabolique et de la biologie de synthèse sont bientôt prêtes à sortir du monde académique et à être expérimentées plus largement à l'échelle industrielle, comme le montrent un certain nombre de succès récents dans le monde industriel. Nous discutons aussi du rôle des acteurs académiques et des entreprises, ainsi que des phases de développement et des astuces pour passer du laboratoire au fermenteur de production.
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MOTS-CLÉS
ingénierie métabolique Biologie de synthèse bioproduction biocarburants bioplastiques chimie bio-sourcée
KEYWORDS
Metabolic engineering | Synthetic biology | bio-production | biofuels | bio-plastics | biobased chemistry
VERSIONS
- Version courante de févr. 2018 par Cyrille PAUTHENIER, Jean-Loup FAULON
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Grands succès de l'ingénierie métabolique1. Concepts et enjeux de la biologie de synthèse
1.1 Enjeux industriels du XXIe siècle et chimie
1.1.1 Dépendance de l'industrie du XXe siècle pour les ressources non renouvelables
Les grands progrès économiques et industriels du XXe siècle ont engendré une multiplication sans précédent de la variété des molécules et matériaux utilisés par l'homme pour la fabrication et les besoins énergétiques des objets qu'il construit. De ce fait, les progrès industriels ont induit une dépendance accrue de nos sociétés vis-à-vis des ressources naturelles de la planète.
Les deux sciences motrices de ce progrès furent d'abord l'ingénierie, puis la chimie venue sous-tendre les besoins technologiques de la première. Utilisant les progrès de la physique, ces deux disciplines ont su s'imposer comme des sciences à part entière dont les développements fondamentaux trouvent généralement des applications rapides. Ainsi, les carburants liquides et les plastiques et fibres textiles synthétiques ont peu à peu remplacé le charbon, les métaux et les fibres naturelles à moindre coût ; les matériaux avancés comme les semi-conducteurs ont soutenu le développement de l'informatique et enfin les progrès dans la chimie des phosphates et la chimie organique ont révolutionné l'agriculture et la médecine.
HAUT DE PAGE1.1.2 Difficultés de la chimie verte
Avec la prise de conscience de l'épuisement des ressources naturelles et en particulier du pétrole, ainsi que les conséquences environnementales de la chimie traditionnelle, la communauté scientifique a tenté de redéfinir les objectifs de la chimie au début des années 2000. Les principes d'économie d'atomes, d'économie d'énergie et de la minimisation des substances toxiques dans les procédés et les déchets sont entrés progressivement dans les esprits, créant ainsi la « chimie verte », dont les 12 principes ont été finalement en-actés par Paul Anastas et John C. Warner auprès de l'agence de protection environnementale des États-Unis en...
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Concepts et enjeux de la biologie de synthèse
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ANASTAS (P.), WARNER (J.C.) - Green chemistry, US environmental protection agency - http://www.epa.gov/greenchemistry/
-
(2) - Production of acetone and alcohol by bacteriological processes. - US Patent US1315585 (1919).
-
(3) - UNITED STATE DEPARTMENT OF AGRICULTURE - US biobased products : market potential and projections through 2025 - http://usda.gov/oce/reports/energy/BiobasedReport2008.pdf
-
(4) - ERICKSON (B.), NELSON, WINTERS (P.) - Perspective on opportunities in industrial biotechnology in renewable chemicals. - Biotechnology journal, vol. 7, no 2, p. 176-185 (2012).
-
(5) - XUE (C.), ZHAO (J.), LU (C.), YANG (S.-T.) et al - High-titer n-butanol production by clostridium acetobutylicum JB200 in fed-batch fermentation with intermittent gas stripping. - Biotechnology and bioengineering, vol. 109, no 11, p. 2746-2756 (2012).
-
(6) - US...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
European plastic news http://www.europeanplasticsnews.com/bioplastics/index.html
Bio-fuel digest http://www.biofuelsdigest.com/
Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie http://www.ademe.fr/
HAUT DE PAGE
SB 6.0 : conférence de biologie synthétique organisée par la fondation Biobrick, tous les deux ans http://www.sb6.biobricks.org/
Metabolic Engineering : conférence organisée par la « International Metabolic Engineering Society », tous les deux ans. http://www.aiche.org/sbe/community/imes
World congress in industrial biotechnologies : conférence organisée par la Biotechnology Industrial Organisation http://www.bio.org/events/conferences/world-congress
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