Développement de protéines synthétiques pour optimiser l’exploitation chimique du bois

La dégradation biologique de la biomasse est le résultat d’une succession de réactions chimiques compliquées. Le projet s’est attaché à décrire ce processus le plus précisément possible, ce qui doit mettre en évidence de nouvelles possibilités d’utiliser la catalyse microbienne pour décomposer le bois en produits chimiques. Ces nouvelles méthodes doivent à terme permettre de produire une variété de spécialités chimiques en se passant du pétrole.

Le bois représente plus de 90 pour cent de la biomasse terrestre. Le potentiel que recèle ce matériau pour les synthèses chimiques n’est cependant quasiment pas exploité, en raison de la grande complexité des processus biologiques de dégradation du bois. A partir de dioxyde de carbone, d’eau et d’énergie solaire, les plantes ligneuses fabriquent à l’échelle mondiale 100 milliards de tonnes de lignocellulose par an pour leurs structures. Les champignons et bactéries du sol minéralisent pratiquement la même quantité de biomasse pour en tirer de l’énergie et des nutriments. Les champignons, en particulier, sont capables de transformer la biomasse solide en produits hydrosolubles ou gazeux. Les mécanismes biochimiques impliqués dans ces processus de dégradation n’ont cependant pas été assez étudiés pour qu’on puisse les exploiter à un niveau industriel.

La lignocellulose est difficilement biodégradable, car ses constituants, les polymères de lignine, possèdent une grande stabilité chimique. De plus, seule la surface des morceaux de bois est accessible aux enzymes. Dans ce projet, les chercheurs ont construit plusieurs protéines et complexes protéiques synthétiques et ont caractérisé leur action sur les enzymes qui dégradent la lignine. Ils se sont intéressés en particulier aux questions suivantes : Comment les enzymes dégradant la lignine reconnaissent-elles la surface de leur substrat ? Comment l’activité de ces enzymes se modifie-t-elle au moment où elles se lient à la surface du substrat ? Les protéines de synthèse peuvent-elles accroître l’activité de ces enzymes ?

Les connaissances acquises dans ce projet doivent faire de la lignocellulose une source plus accessible de produits chimiques de base. Le développement de méthodes de décomposition adaptées permettra de faire une utilisation industrielle du bois en tant que ressource relativement bon marché et renouvelable, dans des applications nouvelles et diversifiées.

Le projet a permis de découvrir un nouveau mécanisme par lequel des enzymes peuvent activer l’oxygène moléculaire et être employées pour casser des liaisons chimiques fortes – type de liaisons que présente la lignine. En outre, on a développé une méthode qui permet l’ancrage des protéines à la surface de cristaux de cellulose nanoscopiques. Les matériaux composites de ce genre pourraient à l’avenir remplacer les matières synthétiques obtenues à partir du pétrole.

Characterization and engineering of lignin: Protein interactions