Ce n’est pas tous les jours que l’on découvre un processus inédit utilisé par certains végétaux pour se développer. Mais quand ce processus réalise un idéal pour la production d’énergie propre aisément transposable à l’échelle industrielle, la découverte se transforme en “saut technologique”.

Concrètement, une équipe pluridisciplinaire de l’université de Copenhague (Danemark) a mis le doigt sur un cycle de réactions biochimiques utilisé par des champignons, des bactéries et des virus qui permet de transformer  la matière végétale (“biomasse”) en méthanol grâce à l’énergie solaire. Ce, à des vitesses au moins 100 fois supérieures à celles des techniques usuelles de l’industrie chimique. Un processus nommé par les chercheurs : “photosynthèse inverse”.

Une photosynthèse inverse et propre

En effet, la photosynthèse des plantes transforme le dioxyde de carbone de l’air (CO2) et les photons du Soleil en oxygène et en de longues chaines carbonées qui constitueront notamment la cellulose des plantes.

Or, la réaction découverte par les chercheurs fait l’inverse : elle casse ces longues chaines carbonées en consommant de l’oxygène et des photons solaires pour produire de petites molécules (du méthanol), de l’eau et surtout pas de CO2 ! C’est aussi simple que cela.

Produire du méthanol à l’aide d’une nouvelle enzyme

Le méthanol, qui sert de biocarburant, est par ailleurs très utilisé comme intermédiaire dans l’industrie chimique pour produire un autre biocarburant (le bioéthanol) mais également des plastiques, des peintures, des textiles, des explosifs, des solvants, des antigels… C’est dire l’enjeu économique que représente une amélioration de la synthèse de cette substance.

Or, les chercheurs ont transformé de la biomasse en méthanol en quelque 10 minutes, contre 24 heures pour les processus utilisés couramment ! Cela, à l’aide d’une petite enzyme synthétisée par l’ADN de certains champignons, bactéries et virus –  une “monooxygénase” nommée LPMO – mélangée à de la chlorophylle, le tout boosté par de la lumière solaire ou artificielle.

Comment transformer une enzyme en machine à faire du méthanol

Cette enzyme, déjà connue, servirait justement aux êtres qui la produisent à digérer de la matière organique comme la cellulose des plantes – et plus généralement les matières biologiques à base de polysaccharides (amidon, chitine, etc.). L’exploit des chercheurs consiste à avoir trouvé des conditions particulières qui l’ont transformée en machine à produire du méthanol à grande vitesse.

En effet, les polysaccharides sont de longues “chaines carbonées” particulièrement résistantes à la dégradation (la preuve : les humains et beaucoup d’animaux ont du mal à les digérer). Ces chaines ont une ossature en atomes de carbone C liés entre eux sous la forme C-C-C-C-… ou liées avec des atomes d’oxygène sous la forme C-C-O-C-C-…

Casser les chaînes carbonées

Ces chaines comportent en outre des atomes d’hydrogène H voire des atomes d’azote N. Et elles peuvent se structurer sur deux dimensions (couches) ou sur 3 dimensions en se “réticulant” (liaisons entre différentes couches). C’est la base de la chimie dite “organique” (ou chimie CHON).

Au contraire, le méthanol est une petite molécule comportant un seul atome de carbone entouré de trois atomes d’hydrogène et un groupement “O-H” (qui en fait un élément de la famille des alcools). Il s’agit alors de casser la chaine carbonée d’un polysaccharide pour en faire plein de molécules de méthanol.

La chlorophylle entre en action

Pour cela, il faut d’abord une pince à couper, l’enzyme, ensuite des “bouchons”, des groupements O-H (pour boucher chaque fragment coupé) et enfin de l’énergie pour mettre tout ce beau monde en action, l’énergie solaire – sans oublier de mettre un peu d’acide ascorbique (vitamine C) dans la solution.

Ainsi: l’oxygène pompé dans l’air, formé de deux atomes d’oxygène O-O, va servir à constituer le groupement OH – l’autre atome O sera évacué sous forme de molécule H2O (eau). La chlorophylle, elle, servira à transformer la lumière en électricité : son pigment vert capte se gonfle d’énergie en captant les photons et se libère de cette énergie en lâchant un électron.

Enfin, l’électron migre vers l’enzyme pour lui permettre de procéder à la coupure de la chaine et au rebouchage des molécules coupées par des groupements O-H. Le tour est joué.

Un “marteau de Thor” chimique

Pas une molécule de CO2 n’a été lâchée dans l’environnement, et le processus bat tous les records de vitesse. La technique mise au point par les chercheurs constitue ainsi un véritable “marteau de Thor”, comme l’ont surnommé les chercheurs, qui assomme de joie les industriels.

Reste donc maintenant à développer et adapter cela à la production à grande échelle – notamment, il faudra cultiver les champignons ou des bactéries pourvoyeurs d’enzyme LPMO. Affaire à suivre.

–Román Ikonicoff

 

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• L’Europe peut miser sur la biomasse pour son énergie — S&V n°1071 (2006). Déjà il y a une dizaine d’années, les scientifiques pointaient le potentiel de la biomasse, provenant autant de l’agriculture que des déchets.

• Le dossier noir des énergies vertes — S&V n°1087 (2008). Les énergies renouvelables ne sont pas une solution aussi miraculeuse qu’il n’y paraît. Leur vrai potentiel détaillé dans ce dossier.

• Et voici les animaux mangeurs de lumière — S&V n°1130 (2011). En incorporant dans ses tissus une algue verte, capable de faire la photosynthèse, une salamandre se nourrit d’énergie solaire !

Une nouvelle technique promet de se rapprocher du miracle que tout le monde attend : celui de pouvoir réparer n’importe quelle partie du corps humain. En deux semaines à peine et à l’aide de deux seules substances chimiques, des biologistes d’une université australienne ont appris à transformer les cellules de la graisse ou des os en cellules souches multipotentes. C’est à dire capables de régénérer toutes sortes de tissus endommagés par des accidents, des maladies ou par le simple vieillissement.

En jargon scientifique elles portent le nom de “cellules souches induites” (iMC, pour induced multipotent cells en anglais). Obtenues à partir des organes adultes, à l’aide d’un traitement biochimique, elles conservent le formidable potentiel thérapeutique des cellules souches tirées des embryons humains, sans pour autant poser de problème sur le plan éthique. Elles écartent aussi le risque de développer des tumeurs fréquemment observé lors de traitement avec les cellules embryonnaires.

Même mode de réparation que chez les organes de la salamandre

Résultat : un petit morceau de graisse ou d’os, opportunément cultivé en laboratoire, génère une quantité virtuellement inépuisable de cellules souches ! Mieux : les cellules iMC mises au point à l’université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie) sont les premières à pouvoir régénérer chacune plusieurs types de tissus, tout simplement selon l’emplacement où elles sont injectées dans l’organisme.

Elles fonctionnent à la manière des cellules de la salamandre, également multipotentes, qui reconstruisent entièrement les membres sectionnés de l’animal : os, muscle, peau…

Comment fonctionne la nouvelle technique ?

Prélevées dans l’os ou dans la graisse de souris par l’équipe du professeur John Pimanda, les cellules adultes (dites “différenciées”) ont été traitées deux jours durant avec de l’azacytidine, une substance qui efface en quelque sorte leur mémoire. En d’autres termes, elle remet à zéro les réglages épigénétiques intervenus au cours de leur développement à la surface des gènes, qui ont induit leur transformation de cellules souches à cellules adultes (un processus appelé “différenciation”).

Ainsi revenues à l’état de cellules souches, elles ont été cultivées en laboratoire pendant deux semaines sous l’effet d’un facteur de croissance dérivé des plaquettes, PDGF. Ensuite, les biologistes ont testé chez des souris leur capacité de réparation de lésions des disques vertébraux. Avec un franc succès, comme le détaille une importante publication dans la revue PNAS.

Actuellement, la même équipe teste des cellules iMC prélevées chez l’humain pour réparer des lésions chez la souris. Les essais sur l’homme sont prévus pour 2017.

Qui pourra en bénéficier ?

Si les recherches se poursuivent avec succès, cette nouvelle technique devrait grandement bénéficier aux personnes souffrant de douleurs chroniques, de lésions aux disques vertébraux ou en cas de greffes compliquées concernant les os et les articulations. Actuellement, les chirurgies censées réparer les disques vertébraux échouent à guérir dans 20 % des cas. La vidéo ci-dessous fournit quelques détails supplémentaires (en anglais).

Plus globalement, cette technique pourrait à terme être appliquée à d’autres types de cellules pour réparer, potentiellement, tous les types de tissus du corps humain !

—Fiorenza Gracci

 

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• Sang artificiel, les cellules souches relancent l’espoir — S&V n°1128 (2011). En manipulant des cellules adultes, une équipe parisienne a obtenu des cellules souches induites qui ont pu générer des globules rouges !

• Place aux cellules souches éthiquement correctes ? — S&V n°1099 (2009). Une petite bombe a explosé : des biologistes japonais sont parvenus à créer, à partir de la peau, des cellules souches embryonnaires induites, soit ‘artificielles’, sans utiliser d’embryon ! Une approche qui mènera à la technique de l’équipe australienne dévoilée aujourd’hui.

• L’embryon médicament : les étonnants pouvoirs des cellules souches — S&V n°1010 (2001). Les biologistes se passionnent pour le trésor que sont ces étonnantes “cellules à tout faire”. Stocks inépuisables de tissus à greffer, source d’autoréparation pour les organes… Mais mener des recherches sur l’embryon est loin d’être accepté.