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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Conclusion4. De l'éprouvette au fermenteur industriel
4.1 Organisation de la transition industrielle
La transition industrielle de la production pétrochimique vers une production plus écologiquement responsable présente donc deux défis majeurs qui sont de concevoir des organismes et des procédés efficaces basés sur des sources de carbone renouvelables et n'entrant pas en compétition avec l'alimentation humaine. L'idéal serait de remplacer l'ensemble des molécules utilisées aujourd'hui par des alternatives biodégradables, recyclables et non polluantes. Mais étant donné le nombre de matériaux et de procédés à réinventer, il sera, dans un premier temps, nécessaire de produire à l'identique les molécules provenant des hydrocarbures.
Il semble désormais acquis que le rôle des laboratoires de recherches est de développer les outils et les preuves de concept qui seront par la suite utilisés par les entreprises pour construire et optimiser leurs souches. Il y a là un espace de développement considérable pour un grand nombre de petites et moyennes entreprises afin de développer de nouveaux procédés et ainsi participer à la reconversion de l'industrie chimique pour l'après-pétrole.
BCC Research estime le marché des micro-organismes pour la bioproduction à 4,9 milliards de dollars USD en 2011 et 6,8 milliards de dollars en 2016 .
4.2 Quelques concepts pour faciliter le changement d'échelle
Augmenter l'échelle d'un procédé chimique du laboratoire vers le réacteur industriel est une tâche longue et difficile. Il en est de même pour la fermentation industrielle. Il est cependant possible, comme en chimie, de se poser quelques contraintes au moment de la conception de l'organisme afin de limiter les problèmes lors du changement d'échelle.
En premier lieu, il est important d'utiliser des souches pour lesquelles le risque de contamination de la culture par un autre organisme ou un phage est minimisé. À ce titre, les levures présentent...
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De l'éprouvette au fermenteur industriel
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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