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Cupriavidusune bactérie à fort potentiel pour la production de molécules d’intérêt à partir de CO²

Les microorganismes chemolithoautotrophes sont capables de croître et de produire des molécules d’intérêt à partir des substrats gazeux CO2 et H2. Parmi ceux-ci la bactérie lithoautotrophe Cupriavidus necator est capable de pousser sur mélange gazeux CO2, H2 et O2 et de naturellement accumuler des polyhydroxyalcanoates (PHA), polymères ayant des propriétés plastiques intéressantes. Par ingénierie métabolique, il nous a été possible de dévier le flux de carbone des PHA vers la production de molécules d’intérêt tels qu’alcool supérieur (isopropanol, solvant biosourcé) et hydrocarbures (carburants).

 

Contexte de la réalisation : brièvement et de manière accessible le but, les enjeux, les motivations à l’origine de la recherche

Une croissance durable incluant l’utilisation plus efficace des ressources naturelles et plus économiquement compétitive est une des priorités des prochaines années au niveau national et européen. Dans ce contexte, changement climatique et approvisionnement en énergie durable sont des défis majeurs. Un des objectifs ambitieux est la réduction des émissions de gaz à effet de serre tels que le dioxyde de Carbone (CO2) et/ou sa réutilisation dans des filières de production. Innovation et technologie durable sont donc indispensables pour atteindre cette économie sobre en carbone, dite « décarbonée ».

Une réutilisation du CO2 par voie microbienne dans une filière de production de molécules organiques nécessite une source d’énergie telle que l’Hydrogène (H2). Bien que l’Hydrogène puisse aussi remplacer des systèmes énergétiques actuels à base de carbone, son stockage et son transport reste un obstacle majeur. Par contre, son utilisation sur un site de production en combinaison avec du CO2 permettrait la réinjection du CO2 dans des filières de production de molécules à usage énergétiques et/ou chimique. Ceci peut être assuré par l’intermédiaire des microorganismes chemolithoautotrophes, capables de pousser et transformer le CO2 en matière organique en présence d’H2.

 

Résultat

Notre ingénierie métabolique réalisée sur Cupriavidus necator a permis de dévier le flux de carbone des PHA vers la synthèse de molécules d’intérêt. Pour cela, nous avons supprimé la voie de synthèse des PHA et exprimer une voie métabolique synthétique pour la production d’isopropanol. Les souches ainsi obtenues ont montré une capacité de production d’isopropanol (IPA) de l’ordre de 20 g/L à partir de sucre. Dernièrement, ces souches ont également pu produire 250 mg/L d’IPA en bioréacteur à partir de mélange gazeux CO2, H2 et O2 non optimisé.

Une autre souche a été construite suivant la même stratégie pour la production d’hydrocarbures. Une production de quelques grammes a pu être obtenue à partir de.

 

Perspectives, impact possible à terme

Ces résultats apportent la preuve de concept qu’il est possible de produire de molécules d’intérêt à partir de CO2 par l’utilisation de bactéries chemolithoautotrophes. Cela représente une première étape vers le développement de bioprocédés à partir de CO2. La suite des travaux sur la partie ingénierie de souche et ingénierie de bioréacteurs permettra d’améliorer les performances du procédé. Cette avancée technologique est primordiale pour établir dans le futur des filières sobre en carbone pour la production de molécules d’intérêt en tant que vecteurs énergétiques et/ou synthons pour l’industrie chimique.

 

Partenaires

Les travaux concernant la production d’alcools supérieurs (isopropanol, isobutanol)  a été réalisé dans le cadre d’un projet collaboratif avec le M.I.T.

Les travaux sur la production d’hydrocarbures sont réalisés dans le cadre du Projet de l’ANR Investissement d’Avenir ProBio3.

 

Valorisation

E. Grousseau, J. Lu, N. Gorret, S. Guillouet and A. J. Sinskey (2014) Isopropanol production with engineered Cupriavidus necator as bioproduction platform. Appl Microbiol Biotechnol. 98, 4277-4290.

Contacts:

 

Stéphane GUILLOUET
Professeur de l'INSA Toulouse

LISBP UMR INRA 792 CNRS5504 INSA

Equipe Fermentation Advances and Microbial Engineering

Tél. : +33 (0)5 61 55 94 47
stephane.guillouet @ insa-toulouse.fr

 

Nathalie Gorret

CR1 INRA

 

LISBP UMR INRA 792 CNRS5504 INSA

Equipe Fermentation Advances and Microbial Engineering

Tél. : +33 (0)5 61 55 94 44
ngorret @ insa-toulouse.fr