Une levure modifiée peut produire de l'éthanol à partir de tiges de maïs et d'autres résidus de récolte

Une levure modifiée peut produire de l'éthanol à partir de tiges de maïs et d'autres résidus de récolte

Ce procédé pourrait exploiter des sources sous-utilisées de carburants renouvelables.

Nikk Ogasa*

Les feuilles, les tiges et les rafles laissées après la récolte du maïs pourraient un jour devenir une importante source d'énergie durable, selon une nouvelle étude.

Lorsque les producteurs de maïs récoltent leur grain, ils laissent souvent les tiges, les feuilles et les raflent se décomposer dans les champs. Aujourd'hui, des ingénieurs ont mis au point une nouvelle souche de levure capable de transformer ces débris non comestibles en éthanol, un biocarburant. Si le processus peut être mis à l'échelle, cette source d'énergie renouvelable largement inexploitée pourrait contribuer à réduire la dépendance à l'égard des combustibles fossiles.

Les efforts précédents pour convertir cette matière fibreuse, appelée canne de maïs, en carburant ont connu un succès limité. Avant que les levures puissent faire leur travail, les cannes doivent être décomposées, mais ce processus génère souvent des sous-produits qui tuent les levures. Toutefois, en modifiant un gène de la levure de boulangerie commune, les chercheurs ont mis au point une souche capable de désamorcer ces sous-produits mortels et de se consacrer à la transformation du sucre en éthanol.

La nouvelle levure a été capable de produire plus de 100 grammes d'éthanol pour chaque litre de canne de maïs traitée, une efficacité comparable au processus standard utilisant les grains de maïs pour fabriquer le biocarburant, rapportent les chercheurs le 25 juin dans Science Advances.

« Ils ont produit une levure plus résistante », déclare Venkatesh Balan, ingénieur chimiste à l'Université de Houston, qui n'a pas participé aux recherches. Selon lui, la nouvelle souche pourrait profiter aux producteurs de biocarburants qui tentent d'exploiter des matériaux comme la canne de maïs.

Aux États-Unis, la majeure partie de l'éthanol est produite à partir du maïs, la plus grande culture du pays, et est mélangée à la plupart des essences vendues dans les stations-service. L'éthanol de maïs est une source d'énergie renouvelable, mais il a ses limites. Le détournement du maïs pour fabriquer de l'éthanol peut nuire à l'approvisionnement alimentaire, et l'extension des terres cultivées dans le seul but de planter du maïs pour le biocarburant détruit des habitats naturels (Science News : 21/12/20). La transformation de la canne de maïs non comestible en éthanol pourrait augmenter l'offre de biocarburants sans avoir à augmenter la surface cultivée.

« Le maïs ne peut pas vraiment remplacer le pétrole comme matière première pour les carburants », explique l'ingénieur métaboliste Felix Lam du MIT. « Mais nous avons une alternative. »

Lam et ses collègues ont commencé par Saccharomyces cerevisiae, ou levure de boulangerie commune. Comme les boulangers et les brasseurs, les producteurs de biocarburants utilisent déjà la levure : elle peut transformer les sucres des grains de maïs en éthanol (SN : 9/19/17).

Mais contrairement aux grains de maïs dont les sucres sont faciles d'accès, les cannes de maïs contiennent des sucres liés à la lignocellulose, un composé végétal que la levure ne peut pas décomposer. L'application d'acides puissants peut libérer ces sucres, mais le processus génère des sous-produits toxiques appelés aldéhydes qui peuvent tuer les levures.

Mais l'équipe de Lam a eu une idée : convertir les aldéhydes en quelque chose de tolérable pour les levures. Les chercheurs savaient déjà qu'en ajustant la chimie de l'environnement de croissance de la levure, ils pouvaient améliorer sa tolérance à l'alcool, qui est également nocif à des concentrations élevées. Dans cette optique, Lam et ses collègues se sont concentrés sur un gène de levure appelé GRE2, qui aide à convertir les aldéhydes en alcool. L'équipe a généré au hasard environ 20.000 variants de levure, chacun comportant une version différente et génétiquement modifiée du GRE2. Les chercheurs ont ensuite placé le mélange de variants dans un flacon contenant également des aldéhydes toxiques pour voir quelles levures survivraient.

De multiples variants ont survécu à l'épreuve, mais une seule a dominé. Avec cette version éprouvée de GRE2, les chercheurs ont constaté que la levure de boulangerie modifiée pouvait produire de l'éthanol à partir de cannes de maïs traitées presque aussi efficacement qu'à partir de grains de maïs. Qui plus est, la levure pouvait produire de l'éthanol à partir d'autres matières ligneuses, notamment la paille de blé et le panic raide (SN : 1/14/14). « Nous disposons d'une seule souche qui peut accomplir tout cela », déclare M. Lam.

Selon M. Balan, cette souche résout un problème majeur de la fermentation pour la production d'éthanol à partir de matières fibreuses comme les cannes de maïs. Mais « de nombreuses autres améliorations devront être apportées pour que cette technologie soit commercialement viable », ajoute-t-il, notamment en ce qui concerne les problèmes logistiques liés à la récolte, au transport et au stockage de grands volumes de cannes de maïs.

« Il y a tellement d'éléments mobiles dans ce problème », reconnaît M. Lam. Mais il pense que les résultats de son équipe pourraient contribuer à donner le coup d'envoi d'un « pipeline renouvelable » qui exploiterait des sources de carburant durables et sous-utilisées. L'objectif, dit-il, est de remettre en question le règne des combustibles fossiles.

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CITATION

F.H. Lam et al. Engineered yeast tolerance enables efficient production from toxified lignocellulosic feedstocks. Science Advances. Publié en ligne le 25 juin 2021. doi : 10.1126/sciadv.abf7613.

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* Source : Genetically modified yeast can make ethanol from cornstalks | Science News