Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
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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In order to face today's ecological issues and exhaustion of natural resources, reconsidering the entire methodology of industrial production seems to be necessary. Born in the 1990's, metabolic engineering aims at building micro-organisms « à-la-carte » to produce compounds of interest from renewable resources by microbial culture. This review presents the fundamental concepts and state-of-the-art of the discipline. The article 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 : Président et directeur scientifique - Abolis Biotechnologies, SAS, Évry, France
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Jean-Loup FAULON : Directeur de recherche INRA - Micalis, Jouy-en-Josas, 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 durable.
L’identification de souches naturelles a permis le développement des premiers procédés de fermentation industrielle au milieu 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 issues de la biomasse végétale. 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 (voir l’article [BIO801] des Techniques de l’ingénieur).
Contraindre un micro-organisme à fabriquer un composé chimique 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 choisie, de l’échelle de production et de la méthode de séparation utilisée. Dans cet 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 industriels récents. Nous discuterons 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.
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 archivée 1 de nov. 2013 par Cyrille PAUTHENIER, Jean-Loup FAULON
DOI (Digital Object Identifier)
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4. De l’éprouvette au fermenteur industriel
4.1 Substitution de produits pétrochimiques par des alternatives renouvelables
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. L’objectif ultime serait de remplacer l’ensemble des molécules utilisées aujourd’hui par des alternatives non polluantes, biodégradables ou recyclables. 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 ou des extraits naturels tels qu’ils sont utilisés actuellement par l’industrie afin de ne pas remettre complètement en question simultanément l’amont (production) et l’aval (produit ou fonctionnalité caractérisée).
Il semble désormais acquis que le rôle des laboratoires de recherche est de développer les outils et les preuves de concept qui pourront par la suite être transférés vers 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 pour 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 . Une étude de 2015 du Woodrow Wilson Centre regroupe plus de cent projets de biotechnologie industrielle actuellement en développement .
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ANASTAS (P.), WARNER (J.C.) - Green chemistry. - US Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/greenchemistry/
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(2) - Production of acetone and alcohol by bacteriological processes. - U.S. Patent US1315585(1919).
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(3) - UNITED STATE DEPARTMENT OF AGRICULTURE - U.S. Biobased Products : Market Potential and Projections Through. - http://usda.gov/oce/reports/energy/BiobasedReport2008.pdf (2025).
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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, pp. 176-85 (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, pp. 2746-56 (2012).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CEN Produits bio-sourcés (Travaux du TC 411), EN 16575, 2014.
CEN Carburants liquides et gazeux, lubrifiants et autres produits liés au pétrole, de synthèse ou d’origine biologique (Travaux du TC19), en cours.
HAUT DE PAGE
En Europe
Directive n° 2009/41/CE du 6 mai 2009 relative à l’utilisation confinée de micro-organismes génétiquement modifiés
En France
Décret n° 2011-1177 du 23 septembre 2011 relatif à l’utilisation confinée d’organismes génétiquement modifiés (version consolidée du 26 septembre 2011)
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