La levure lumineuse heureuse pourrait changer notre approche des biocarburants

La lumière est la vie

Presque toute l’énergie de la civilisation humaine provient en fin de compte du soleil. La nourriture, la biomasse et le bois poussent grâce à la lumière du soleil. Et le charbon, le gaz et le pétrole sont constitués de plantes mortes datant de millions d’années. Même les vents sont le résultat du réchauffement de l’atmosphère par le soleil. Et, bien sûr, aujourd’hui, nous disposons de panneaux solaires. En considérant à quel point nos besoins énergétiques sont couverts par des organismes vivants exploitant la puissance du soleil, le concept de biocarburants a du sens.

Le problème est que les biocarburants de première et deuxième génération, utilisant des cultures comme le maïs et la canne à sucre ou des résidus agricoles, ont tendance à offrir un rendement énergétique assez faible en raison de la quantité de combustibles fossiles et d’engrais nécessaires à la culture de ces plantes.

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Les biocarburants de troisième génération cherchent à utiliser les algues à la place, sujet que nous avons abordé plus en détail dans notre article « Biocarburant algal : la prochaine révolution énergétique ? ».

Mais que se passerait‑il si nous pouvions rendre n’importe quel organisme capable de réaliser la photosynthèse ? Ce qui était jusqu’ici un rêve lointain a été partiellement réalisé par des chercheurs de Georgia Tech.

Levure alimentée par la lumière

La levure est peut‑être le micro‑organisme le mieux compris au monde. Les humains ont exploité les capacités biochimiques des levures pour produire du pain, de l’alcool et des produits laitiers fermentés depuis l’aube de la civilisation.

Les levures sont également l’un des « modèles » d’organismes les plus courants dans les laboratoires de biologie. Elles constituent d’importantes bio‑usines pour de nombreux médicaments et biomolécules utiles.

Cependant, les levures doivent être nourries avec du sucre ou d’autres composés pour rester en vie. Du moins, c’était le cas jusqu’à ce que Anthony Burnetti, scientifique chercheur travaillant dans le laboratoire du professeur associé William Ratcliff, parvienne à rendre la levure capable de capter l’énergie de la lumière.

« Tout ce que nous avions à faire était de déplacer un seul gène, et elles ont poussé 2 % plus vite à la lumière qu’à l’obscurité. Sans aucun réglage fin ni manipulation minutieuse, cela a simplement fonctionné. »

Type complètement nouveau de levures

L’équipe possède une grande expérience dans la modification de la levure, un organisme commun et omniprésent présentant un potentiel nouveau et inattendu. Notamment, ils ont auparavant réussi à transformer la levure unicellulaire en un organisme multicellulaire complexe lors de l’« Expérience d’évolution à long terme de la multicellularité ».

Source: Georgia Tech

Une limite à la croissance de ces organismes de levure multicellulaires était l’accès à l’oxygène dans les « tissus » internes. C’est pourquoi ils ont décidé de rendre la levure un organisme photosynthétique.

Pour ce faire, ils ont ajouté une protéine, la rhodopsine, aux levures. Cette protéine est connue pour réaliser une certaine photosynthèse sans les protéines et biomolécules complexes des plantes supérieures (comme la chlorophylle).

En ajoutant simplement un gène codant pour une protéine rhodopsine, la levure a pu capter la lumière et croître plus rapidement. L’augmentation était modeste, seulement +2 % de taux de croissance, mais significative en raison de ce changement simple. Et cette croissance accrue n’a pas encore été optimisée.

Biocarburant avec biologie synthétique

Jusqu’à présent, la recherche sur les biocarburants a tenté de modifier des plantes déjà photosynthétiques (maïs, canne à sucre ou algues) afin de rendre le processus suffisamment efficace pour être économiquement viable.

Cependant, cela a rencontré plusieurs obstacles, car les biomatériaux des plantes supérieures et des cultures comme le maïs ne sont pas facilement disponibles, et les transformer en éthanol entraîne de nombreuses pertes d’énergie. Par ailleurs, les algues sont plus prometteuses, mais les cultiver sans contamination est loin d’être une tâche simple.

Au contraire, la culture de levure est un processus bien compris, réalisé régulièrement dans d’énormes procédés industriels. Transformer la levure en substitut des algues pourrait ouvrir la voie à de nouvelles méthodes de synthèse des biocarburants. Au lieu de dépendre de processus complexes pour cultiver les algues, nous pourrions ingénierie la levure ou les bactéries afin qu’elles puissent croître uniquement grâce à la lumière du soleil et profiter du fait que ces organismes sont beaucoup plus faciles à cultiver en quantités industrielles.

Stocks de carburant bio‑ingénierés

Dans l’ensemble, il s’agit encore d’un segment très jeune et prometteur de la recherche et de la bio‑ingénierie des biocarburants. Ainsi, les entreprises les plus susceptibles de tenter de le concrétiser devront posséder un haut niveau d’expertise en biologie synthétique et/ou en production de biocarburants.

La liste ci‑dessous n’est qu’une suggestion des entreprises qui pourraient voir un potentiel dans la découverte des chercheurs de Georgia Tech.

1.  Reliance Industry

Reliance Industry est un conglomérat indien massif, la plus grande entreprise privée du pays, actif dans les télécommunications, le textile et l’énergie. En 2022, elle a été la première entreprise indienne à atteindre 100 milliards de dollars de chiffre d’affaires.

Reliance a annoncé en 2022 son entrée sur le marché des biocarburants algaux, vantant « l’un des plus grands systèmes de culture d’algues au monde ». Jusqu’à présent, son portefeuille énergétique était principalement composé de raffineries et d’usines pétrochimiques. Avec ce projet algal, elle pourrait démarrer la production et exploiter le soleil abondant en Inde (ainsi que les déserts non cultivés) afin de réduire la dépendance extrême du pays aux importations de combustibles fossiles étrangers.

L’entreprise est également active dans la production de biogaz à partir de déchets agricoles, ce qui en fait le plus grand producteur de bioénergie en Inde.

2. Ginkgo Bioworks

L’entreprise produit des organismes à la demande pour des applications spécifiques. Cela comprend des applications biomédicales, mais également de nombreux programmes industriels et de sciences des matériaux.

Ginkgo est exactement le type d’entreprise vers laquelle de grands conglomérats industriels comme Reliance pourraient se tourner pour concevoir une levure personnalisée dédiée à la production de biocarburants.

Ginkgo Bioworks (DNA ) a diversifié largement ses applications avec de nombreux programmes de recherche et partenariats :

• Cannabinoïdes
• Production de vaccins à ARNm et médecine d’acides nucléiques
• Protéines alimentaires
• Production d’engrais biologique en partenariat avec Bayer
• Microbes programmables pour les maladies intestinales
• Bioremédiation des microplastiques
• Détection de la biosécurité et des agents pathogènes
• Recyclage des déchets et des contaminants

Elle génère des revenus en étant d’abord payée d’avance pour le processus de développement, puis via des redevances sur le produit final.

2023 a été une année abondante pour Ginkgo, avec des dizaines de partenariats, dont :

• Accords de 331 M$ avec Pfizer.
• Accord de 490 M$ avec Merck pour optimiser la fabrication de produits biologiques.
• Accord de 406 M$ avec Boehringer Ingelheim pour des cibles non médicamenteuses.
• Collaboration avec Biogen et Novo Nordisk pour des montants non divulgués.

Source: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks s’associe également à toutes les grandes entreprises agricoles, dont la plupart ont des intérêts dans la production de biocarburants et la microbiologie. Quelques‑unes d’entre elles incluent Bayer, Cargill, Syngenta, Corteva, ADM, Exacta, et d’autres.