Les microalgues pourraient produire industriellement des hydrocarbures

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Etude de cyanobactéries aux CEA.

Produire à l’échelle industrielle des hydrocarbures grâce à des microalgues, des chercheurs du CEA du BIAM1 à Cadarache estiment que cette perspective pourrait se concrétiser d’ici quelques années. Ils viennent en effet de franchir une étape importante. Alors que les microalgues produisent des acides gras en grande quantité – constitutifs des lipides de réserve, des lipides membranaires… -, à partir du CO2 de l’air et selon des mécanismes connus de longue date, l’équipe du BIAM a découvert une enzyme qui permet aux microalgues de transformer certains de ces acides gras en hydrocarbures. Cela est rendu possible par la coupure du groupement acide carboxylique situé au bout de la chaine carbonée d’un acide gras. « Nous savions que les microalgues produisaient des hydrocarbures en très petite quantité. Nous avons donc cherché l’enzyme responsable de cette synthèse. Nous l’avons extraite et purifiée puis nous avons cloné le gène codant pour la protéine » explique Frédéric Beisson, chercheur CNRS au sein de l’équipe du BIAM dirigée par Gilles Peltier. Cette enzyme a été baptisée FAP (pour Fatty Acid Photodecarboxylase, en français acide gras photodécarboxylase). Elle est d’un type très rare car seules quatre enzymes utilisant la lumière ont été identifiées jusqu’à présent dans le monde vivant.

Une découverte en partenariat

Pour effectuer ces recherches, les scientifiques ont utilisé la chlorelle qui est une algue verte unicellulaire d’eau douce faisant partie des quelques microalgues déjà cultivées industriellement. L’étude publiée par Science nous apprend que ce sont les chercheurs du BIAM qui ont pu identifier cette enzyme clé en la traçant grâce à son activité puis en déterminant une liste de candidats possibles grâce à une analyse protéomique réalisée au laboratoire Biologie à Grande Echelle de Grenoble. Puis c’est l’expression dans la bactérie E. coli du gène codant pour la principale de ces enzymes candidates qui a permis de mettre en évidence la production d’hydrocarbures et de démontrer que cette enzyme était nécessaire et suffisante pour synthétiser des hydrocarbures. La caractérisation de l’enzyme purifiée a révélé qu’elle était capable de couper un acide gras en une molécule d’hydrocarbure et une molécule de CO2 et que cette activité nécessitait de la lumière.

Les chercheurs du BIAM ont aussi montré qu’un cofacteur présent dans l’enzyme permettait de capter la lumière. Un cofacteur est une molécule non protéique qui est liée à l’enzyme et est nécessaire à son activité. Ici le cofacteur est un dérivé de la flavine, une petite molécule organique qui absorbe la lumière et est par ailleurs un composant de la vitamine B2.

Puis la structure tridimensionnelle de l’enzyme a été déterminée par une étude de diffraction aux rayons X menée sur la ligne de lumière entièrement automatisée « MASSIF-1 » au Synchrotron Européen de Grenoble. Cette structure ainsi que des études de spectroscopie d’absorption cinétique, réalisées à l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule de Saclay, ont permis de proposer un modèle du mécanisme de l’enzyme.

Le potentiel de l’enzyme à explorer

Pour ce qui est des perspectives, les chercheurs estiment que cette enzyme pourrait constituer un outil biotechnologique très efficace pour la synthèse d’hydrocarbures, soit par conversion in vitro d’huiles végétales (biocatalyse), soit par conversion in vivo des acides gras membranaires de bactéries, levures ou idéalement microalgues (en boostant la synthèse de l’enzyme dans ces microorganismes). En revanche, au moins deux années de recherche seront encore nécessaires pour explorer tout le potentiel de cette enzyme.

1 De l’Institut de Biosciences et Biotechnologies d’Aix-Marseille (BIAM à Cadarache ; CEA/CNRS/Aix-Marseille Université), en collaboration avec l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC à Saclay ; CEA/CNRS/Université Paris-Sud), le laboratoire Biologie à Grande Echelle (BGE à Grenoble ; CEA/INSERM/Université Grenoble Alpes) et le Synchroton Européen de Grenoble (ESRF), et avec le soutien de la région PACA.

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