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Bioéthanol : un gène pour augmenter le rendement

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Afin de répondre aux exigences socioécologiques, la réseau des biocarburants cherche à améliorer ses rendements tout en respectant la filière alimentaire. La solution pourrait venir d'un gène mutant qui permet d'augmenter l'efficacité d'une bactérie impliquée dans la production du bioéthanol.

Un gène mutant, représenté ici sous la forme protéique, permet d'améliorer le rendement de la bactérie Clostridium thermocellum pour la synthèse d'éthanol. © T. Splettstoesser, scistyle.com, DR

La filière du bioéthanol (biocarburant à base d'alcool) doit faire face à des challenges écologiques et sociaux importants. Non seulement son bilan carbone se doit d'être inférieur à celui des carburants fossiles (que ce soit pendant la phase de production ou lors de son utilisation), mais il ne doit pas entrer en conflit avec la filière alimentaire.

Pour pallier ce second problème, les industriels ont récemment réorienté leur production, afin d'utiliser uniquement de la matière végétale qui n'est pas destinée à la filière alimentaire : c'est le bioéthanol deuxième génération. La matière cellulosique est de plus en plus utilisée pour ce biocarburant. On s'attaque ainsi à des sucres comme la cellulose (qui sont des polymères) au lieu du saccharose (sucre simple) ou de l'amidon.

Un rendement à améliorer

Le bioéthanol deuxième génération, même s'il permet de répondre à certaines problématiques socioécologiques, souffre d'un rendement encore assez faible qui doit être amélioré. C'est tout l'enjeu actuel : produire de l'éthanol en grande quantité, rapidement, en utilisant peu de matière végétale et sans concurrencer la filière alimentaire.

Des chercheurs américains du BioEnergy Science Center viennent de faire une découverte qui pourrait contribuer à l'amélioration des rendements du bioéthanol. Il s'agit d'un gène de résistance à l'éthanol, isolé chez une bactérie anaérobique : Clostridium thermocellum. Les résultats sont présentés dans la revue Proceedings of the National Academy of Science (Pnas).

Représentation de la protéine formée par le gène mutant (les mutations, Leu 704 et Arg 734 sont représentées en rouge). © Brown et al., 2011

Cette bactérie est particulièrement intéressante car elle a la capacité de transformer à elle toute seule un substrat cellulosique en éthanol. C'est une sorte de tout-en-un : non seulement, elle est capable d'extraire la cellulose de la matière végétale, mais en plus, elle convertit cette cellulose en éthanol. Les autres mécanismes de production d'éthanol à partir de matière cellulosique nécessitaient l'intervention de nombreuses enzymes, engendrant une augmentation du coût et du temps de production, en d'autres termes, une baisse de la productivité. Ce procédé, qui consiste à utiliser le moins d'organismes possible, est le consolidated bioprocessing (qui peut se traduire par bioprocédé consolidé).

Des solutions grâce à la génétique

Clostridium thermocellum est donc l'organisme parfait ? Pas exactement. Cette bactérie transforme en effet la cellulose en éthanol mais plus le milieu est concentré en éthanol, plus son rendement diminue... En substance, plus elle produit d'éthanol, moins elle est performante.

À moins de changer sa tolérance à l'éthanol. Et c'est précisément à ce détail crucial que les chercheurs du BioEnergy Science Center, emmenés par Steven Brown, se sont attaqués. En comparant les génomes de deux bactéries, l'une standard et l'autre sensiblement plus résistante à l'éthanol grâce à un gène mutant (représenté ci-dessus en forme protéique), ils ont détecté le gène responsable de la résistance à l'éthanol.

Ces résultats sont assez inattendus : il est surprenant de découvrir qu'un caractère aussi complexe est contrôlé par un seul gène. Quoi qu'il en soit, la mise en évidence de ce gène va permettre aux scientifiques de focaliser leurs recherches sur la création d'organismes possédant une tolérance élevée à l'éthanol, afin d'augmenter les rendements de la filière du bioéthanol.

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