Au fur et à mesure que ces bactéries se nourrissent, elles génèrent une étrange molécule qui peut être utilisée pour fabriquer du carburéacteur

Extrait contenant de la Jawsamycine. Crédit : Pablo Morales-Cruz

Les avions sont indispensables à l’ère moderne pour transporter des personnes, livrer des marchandises et effectuer des opérations militaires, mais les carburants à base de pétrole qui les alimentent sont rares. Les scientifiques ont maintenant découvert un moyen de générer un carburéacteur alternatif en récoltant une molécule de carbone inhabituelle produite par le processus métabolique de bactéries que l’on trouve couramment dans le sol. La recherche, menée par des scientifiques du Laboratoire Lawrence Berkeleya été publié récemment dans la revue Joule.

“En chimie, tout ce qui nécessite de l’énergie pour être fabriqué libère de l’énergie lorsqu’il est cassé”, explique l’auteur principal Pablo Cruz-Morales, microbiologiste au DTU Biosustain, qui fait partie de l’Université technique du Danemark. Lorsque le carburéacteur à base de pétrole est enflammé, il libère une énorme quantité d’énergie. Les scientifiques du Keasling Lab du Lawrence Berkeley Laboratory pensaient qu’il devait y avoir un moyen de reproduire cela sans avoir à attendre des millions d’années pour que de nouveaux combustibles fossiles se forment.

Une idée explosive

Pour voir s’il pourrait synthétiser une molécule délicate qui a le potentiel de produire beaucoup d’énergie, Jay Keasling, ingénieur chimiste à

Université de Californie, Berkeley

Située à Berkeley, en Californie et fondée en 1868, l’Université de Californie, Berkeley est une université publique de recherche qui s’appelle également UC Berkeley, Berkeley, Californie ou Cal. Il entretient des relations étroites avec trois laboratoires nationaux du DOE : Lawrence Berkeley National Laboratory, Los Alamos National Laboratory et Lawrence Livermore National Laboratory.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>UniversitédeCalifornieBerkeley[{“attribute=””>UniversityofCaliforniaBerkeley, a approché Cruz-Morales, alors chercheur postdoctoral dans son laboratoire. « Keasling m’a dit : ça va être une idée explosive », dit Cruz-Morales.

La bactérie commune streptomyces qui fabrique les molécules contenant du cyclopropane. Crédit : Pablo Morales-Cruz

Keasling voulait recréer une molécule appelée Jawsamycin, qui porte le nom du film “Jaws” en raison de ses indentations ressemblant à des morsures. Il est généré par la bactérie commune streptomyces, un organisme avec lequel Cruz-Morales avait travaillé dans le passé.

“La recette existe déjà dans la nature”, explique Cruz-Morales. La molécule déchiquetée est produite par le métabolisme natif des bactéries lorsqu’elles grignotent du glucose. “Comme ils mangent du sucre ou

acides aminés

Les acides aminés sont un ensemble de composés organiques utilisés pour fabriquer des protéines. Il existe environ 500 acides aminés naturels connus, bien que seulement 20 apparaissent dans le code génétique. Les protéines sont constituées d’une ou plusieurs chaînes d’acides aminés appelées polypeptides. La séquence de la chaîne d’acides aminés amène le polypeptide à se plier en une forme qui est biologiquement active. Les séquences d’acides aminés des protéines sont codées dans les gènes. Neuf acides aminés protéinogènes sont appelés "essentiel" pour les humains parce qu’ils ne peuvent pas être produits à partir d’autres composés par le corps humain et doivent donc être consommés comme nourriture.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>acidesaminés[{“attribute=””>aminoacids, ils les décomposent et les convertissent en blocs de construction pour les liaisons carbone-carbone », dit-il. “Vous fabriquez de la graisse dans votre corps de la même manière, avec la même chimie, mais ce processus bactérien a des rebondissements très intéressants.”

Ces torsions, qui confèrent aux molécules leurs propriétés explosives, sont l’incorporation de cycles cyclopropanes – des cycles de trois atomes de carbone disposés en forme de triangle. “Si vous avez des liaisons qui sont à un angle normal, une chaîne ouverte de carbones, les carbones peuvent être flexibles et ils deviennent confortables”, explique Cruz-Morales. « Disons que vous en faites un anneau de six carbones – ils peuvent encore bouger et danser un peu. Mais la forme du triangle fait plier les liens, et cette tension nécessite de l’énergie pour se faire.

Après une analyse minutieuse, l’équipe de recherche a déterminé que les enzymes responsables de la construction de ces molécules de cyclopropane à haute énergie étaient des polykétides synthases. “Les polykétides synthases sont l’outil biologique ultime pour faire de la chimie organique”, déclare Cruz-Morales.

Faire du carburant avec la biologie

Cruz-Morales explique que le carburant produit par les bactéries fonctionnerait un peu comme le biodiesel. Il aurait besoin d’être traité pour qu’il puisse s’enflammer à une température inférieure à la température nécessaire pour brûler une matière grasse.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>acide[{“attribute=””>acid. Cependant, une fois allumé, il serait assez puissant pour envoyer une fusée dans l’espace. “Si nous pouvons fabriquer ce carburant avec la biologie, il n’y a aucune excuse pour le faire avec du pétrole”, déclare Cruz-Morales. “Cela ouvre la possibilité de le rendre durable.”

À l’avenir, Cruz-Morales espère que lui et l’équipe de chercheurs du Département de l’énergie qui ont travaillé sur le projet seront en mesure d’intensifier ce processus afin que leur carburant alternatif puisse réellement être utilisé dans les avions. “Le problème en ce moment est que les combustibles fossiles sont subventionnés”, explique Cruz-Morales. “C’est quelque chose qui n’est pas seulement lié à la technologie, mais à la constitution géopolitique et sociopolitique de la planète en ce moment. Vous pouvez voir cela comme une préparation pour le moment parce que nous allons manquer de combustibles fossiles, et il y aura un moment, pas loin d’ici, où nous aurons besoin de solutions alternatives.

Référence : « Biosynthèse des biocarburants polycyclopropanés à haute énergie » par Pablo Cruz-Morales, Kevin Yin, Alexander Landera, John R. Cort, Robert P. Young, Jennifer E. Kyle, Robert Bertrand, Anthony T. Iavarone, Suneil Acharya, Aidan Cowan , Yan Chen, Jennifer W. Gin, Corinne D. Scown, Christopher J. Petzold, Carolina Araujo-Barcelos, Eric Sundstrom, Anthe George, Yuzhong Liu, Sarah Klass, Alberto A. Nava et Jay D. Keasling, 30 juin 2022, Joule.
DOI: 10.1016/j.joule.2022.05.011