fr.wedoany.com Rapport : L'équipe de recherche de l'Université de Campinas (Unicamp) au Brésil a développé une technologie de modification génétique permettant d'augmenter le rendement en bioéthanol de près de 30 % par rapport aux souches non modifiées. Cette technologie a fait l'objet d'un dépôt de brevet et a été concédée sous licence par Inova Unicamp, l'agence d'innovation de l'Unicamp, à la société américaine Terragia Biofuel, qui sera chargée de faire progresser la phase de tests à plus grande échelle.
Ce résultat est issu des recherches doctorales menées par Layse Costa de Souza au Centre de biologie moléculaire et de génie génétique (CBMEG) de l'Unicamp, dans le cadre d'un accord de recherche, de développement et d'innovation tripartite entre l'Unicamp, le Dartmouth College (États-Unis) et Terragia Biofuel. Les travaux sont rattachés au Laboratoire avancé de biocarburants de deuxième génération (A2G), hébergé à l'Unicamp, et financés par la Fondation de soutien à la recherche de l'État de São Paulo (Fapesp) dans le cadre du programme Chaire d'excellence de São Paulo (SPEC).
L'éthanol de deuxième génération (2G) est considéré comme un intermédiaire potentiel pour les carburants aéronautiques durables et les produits chimiques de base, mais son coût de production reste actuellement supérieur à celui des combustibles fossiles et de l'éthanol de première génération. Le procédé traditionnel utilise des déchets tels que la bagasse de canne à sucre et la paille, et repose sur la fermentation par levures, nécessitant un prétraitement thermochimique à haute température et l'utilisation d'enzymes hydrolytiques pour décomposer l'hémicellulose et convertir la cellulose en glucose, deux étapes qui augmentent considérablement les coûts. L'alternative est le bioprocédé consolidé (CBP), qui remplace les levures par des bactéries anaérobies thermophiles, permettant aux micro-organismes d'effectuer la dégradation de la lignocellulose et la fermentation dans un même processus, éliminant ainsi l'étape de prétraitement.
La voie CBP est étudiée depuis plus de trente ans par l'équipe du professeur Lee Lynd du Dartmouth College, principalement sur la bactérie Clostridium thermocellum. Cette bactérie dégrade efficacement la cellulose, mais sa production naturelle d'éthanol est très faible. Christopher David Herring, chercheur chez Terragia Biofuel, souligne que les levures existantes ne fermentent qu'une gamme limitée de glucides, tandis que ces bactéries, bien qu'elles puissent fermenter une plus grande variété de glucides, nécessitent un génie génétique pour atteindre une efficacité équivalente. L'équipe connaissait auparavant très mal les mécanismes d'équilibre entre l'hydrogène et les électrons dans le métabolisme bactérien, une lacune de connaissances qui limitait la production d'éthanol.
Pour combler cette lacune, les chercheurs brésiliens et américains ont introduit une deuxième bactérie, Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum. Cette bactérie, également anaérobie thermophile, se caractérise par une production efficace d'éthanol, mais ne peut pas dégrader la cellulose. Les deux micro-organismes sont complémentaires : l'un excelle dans la dégradation de la biomasse, l'autre dans la production d'éthanol.
Souza a effectué une année de doctorat en cotutelle au laboratoire de Lynd, après avoir travaillé deux ans au Brésil. Pendant cette période, elle a cartographié les voies métaboliques de la souche à haute production d'éthanol, identifié les protéines clés et transféré les gènes correspondants via des plasmides dans les bactéries CBP qui ne fermentaient pas encore efficacement. Dans l'autre partie de ses expériences menées à l'Unicamp, elle a démontré par des tests biochimiques que cette protéine est un composant central du mécanisme.
La recherche a renversé une ancienne hypothèse en biochimie microbienne : les hydrogénases productrices d'hydrogène étaient auparavant considérées comme des concurrentes de la synthèse d'éthanol, car elles captaient les électrons qui auraient pu être dirigés vers le produit final. L'équipe a identifié une hydrogénase spécifique, HfsD, dont le rôle est tout à fait contraire : en l'absence de cette enzyme, la cellule ne peut pas recycler la ferrédoxine ni produire le cofacteur NADPH nécessaire à l'étape finale de la réaction. L'hypothèse de « l'équilibre redox via le cycle de l'hydrogène » qui en découle a été officiellement présentée lors de la soutenance de thèse de Souza en avril 2026. Étant donné que HfsD génère un excès de cofacteurs nécessitant des protéines auxiliaires pour équilibrer le processus, l'équipe a testé deux souches portant différentes combinaisons de gènes.
Les résultats des tests de laboratoire montrent que le rendement des souches modifiées est supérieur de près de 30 % à celui des bactéries non modifiées. La souche A2G-0053, après insertion de l'hydrogénase clé, a vu son rendement passer de 59,8 % à 88,5 % du maximum théorique. Luana Walravens Bergamo, chercheuse au CBMEG, a souligné que les tentatives antérieures de modification utilisant des protéines hétérologues ne produisaient généralement que des améliorations de 5 % à 10 %, ce qui constitue un résultat nettement plus significatif.
Le projet se concentre actuellement sur la production d'éthanol à partir de bagasse de canne à sucre, mais l'agave, les tiges de maïs et les feuilles d'eucalyptus peuvent également servir de substrats. Bergamo a mentionné que le défi commun à toutes les souches est de déterminer la limite de production bactérienne et le seuil où l'accumulation d'éthanol provoque une inhibition rétroactive. Il faudra également évaluer la compétitivité des souches modifiées face aux bactéries envahissantes dans les bioréacteurs industriels. La prochaine étape des tests à plus grande échelle sera menée par la société américaine détentrice de la licence, afin de vérifier si les performances de laboratoire peuvent être reproduites dans des lots industriels.
