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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Conception rationnelle et biologie de synthèse2. Grands succès de l'ingénierie métabolique
2.1 Ingénierie métabolique et biocarburants
La première et certainement la plus développée des applications de l'ingénierie métabolique est la production de biocarburants. L'utilisation et l'amélioration de souches naturellement productrices d'éthanol comme S. cerevisiae, Clostridium acetobutylicum ou Z. mobilis, ou bien légèrement modifiées sont au cœur du développement des carburants de première génération.
L'utilisation de l'éthanol comme seul carburant pose plusieurs difficultés techniques. Premièrement, sa densité énergétique est seulement des 2/3 d'un carburant traditionnel. De plus, il est très agressif pour les moteurs et ses fortes qualités hygroscopiques obligent à le conserver continuellement à l'abri de l'humidité. Enfin, les souches suscitées utilisent comme source de carbone primaire des sucres qui entrent en compétition avec l'alimentation humaine et animale.
À ce jour, l'éthanol est principalement utilisé pour couper l'essence traditionnelle en Europe, aux États-Unis et au Brésil, avec des mélanges contenant de 10 à 85 % d'éthanol. Le prix de l'éthanol est maintenu plus bas que l'essence par une politique volontariste de détaxation afin de stimuler la croissance de la filière. Cependant, il sera difficile de dépasser 20 à 30 % d'incorporation systématique car les capacités limites de production agricole sont d'ores et déjà pratiquement atteintes.
2.1.2 Butanol et alcools branchés, la génération intermédiaire
De nombreux travaux plus récents s'intéressent à produire du n-butanol, de l'isobutanol ou encore d'autres alcools branchés. Ces molécules présentent les avantages d'être plus énergétiques et moins hygroscopiques que l'éthanol. Leur extraction est aussi théoriquement plus aisée.
Pour le n-butanol, deux types d'approches ont été expérimentées: les souches naturelles et synthétiques. À...
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Grands succès de l'ingénierie métabolique
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).
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(3) - UNITED STATE DEPARTMENT OF AGRICULTURE - US biobased products : market potential and projections through 2025 - http://usda.gov/oce/reports/energy/BiobasedReport2008.pdf
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(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).
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(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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