Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont réalisé une découverte révolutionnaire qui pourrait transformer l'avenir de la production chimique industrielle durable. Leur étude récente, publiée dans Science Advances, détaille comment des peupliers génétiquement modifiés peuvent conduire à une méthode plus économique et écologique de production de produits chimiques industriels.
L'étude révèle qu'une teneur réduite en méthoxy dans la lignine améliore sa dégradabilité microbienne, permettant la production de produits chimiques sans dépendre du pétrole. Traditionnellement, la résistance de la lignine à la décomposition a entravé la transformation de la biomasse en produits industriels. Cependant, les chercheurs ont identifié la teneur en méthoxy comme un facteur clé influençant l'efficacité de la fermentation microbienne, essentielle pour convertir la biomasse en produits chimiques utiles.
Dirigé par Robert Kelly et Jack Wang, l'équipe a passé plus d'une décennie à rechercher ce domaine. Ils ont découvert que, bien que les arbres avec un faible contenu en lignine soient idéaux pour la production de papier, ceux avec un faible contenu en méthoxy sont plus efficaces pour la dégradation microbienne et la conversion du bois en produits chimiques tels que l'acétone et l'hydrogène. Cette méthode présente des avantages par rapport aux processus basés sur les combustibles fossiles traditionnels, nécessitant moins d'énergie et entraînant un impact environnemental réduit.
Pourquoi des peupliers ? Les scientifiques expliquent que ces arbres poussent rapidement, nécessitent peu de pesticides et prospèrent sur des terres marginales inadaptées à la culture alimentaire. Auparavant, le groupe de Kelly avait démontré que certaines bactéries thermophiles extrêmes pouvaient décomposer la cellulose des arbres, mais pas à une échelle économiquement viable.
En modifiant génétiquement les peupliers à l'aide de la technologie CRISPR pour réduire la lignine et le contenu en méthoxy, les chercheurs ont amélioré l'efficacité des bactéries, conduisant à une production de produits chimiques améliorée. Comme l'a noté Ryan Bing, ancien doctorant du groupe de Kelly, « Nous pouvons tirer parti de la capacité de certaines bactéries thermophiles à consommer de la matière végétale et à la convertir en produits de valeur. » L'étude indique que la réduction du contenu en méthoxy rend la cellulose plus accessible à ces bactéries, répondant ainsi aux limitations précédentes.
La modification génétique des arbres fournit non seulement une source viable pour la production chimique industrielle, mais réduit également considérablement le besoin de processus de prétraitement, ce qui diminue les coûts et les impacts environnementaux. Au lieu de s'appuyer sur des enzymes et des produits chimiques pour décomposer la biomasse végétale, cette approche utilise des microorganismes qui décomposent et fermentent la cellulose en une seule étape pour produire des produits comme l'éthanol, améliorant ainsi l'efficacité globale.
Les implications de cette recherche pourraient transformer la production de nombreux produits chimiques industriels, offrant une alternative moins coûteuse et plus verte aux dérivés du pétrole. Si les peupliers génétiquement modifiés avec un faible contenu en méthoxy et en lignine s'avèrent viables lors des essais sur le terrain, ils pourraient devenir une source clé pour répondre à la demande mondiale de produits chimiques industriels durables tout en contribuant à l'atténuation du changement climatique.
Wang et son équipe ont lancé des essais sur le terrain avec des peupliers génétiquement modifiés pour évaluer leur résilience et leur viabilité en dehors des environnements contrôlés. Des résultats positifs pourraient présenter une solution rentable et durable pour la fabrication chimique à grande échelle, réduisant la dépendance au pétrole et aidant aux efforts de lutte contre le changement climatique.
De plus, l'étude souligne le potentiel des bactéries thermophiles en tant qu'outils dans l'industrie chimique, car elles prospèrent à des températures élevées, éliminant ainsi la nécessité de travailler dans des conditions stériles, généralement requises pour éviter la contamination dans les processus industriels.
Le co-auteur Daniel Sulis a souligné l'impact environnemental significatif de cette découverte, offrant une voie pour réduire les émissions de carbone et progresser vers une économie plus verte et durable. « Les catastrophes environnementales alimentées par le changement climatique soulignent l'urgence de trouver des alternatives aux combustibles fossiles, et les arbres, en tant que ressource naturelle abondante, pourraient être une solution prometteuse pour répondre aux besoins chimiques de la société tout en protégeant la planète », a déclaré Sulis.