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Posté par Isabelle le Dimanche 04/02/2018 à 12:00
La découverte d'une nouvelle enzyme de champignons ouvre la voie à l'innovation en bioraffinerie

Les parois des cellules des végétaux sont constituées d'une matière appelée lignocellulose qui focalise les recherches dans la filière des biocarburants et de la chimie verte depuis une dizaine d'années. Cette matière première, abondante dans les déchets végétaux, est cependant très résistante à la dégradation enzymatique, et ceci rend la production de biocarburants trop coûteuse pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.). Des chercheurs de l'Inra, en collaboration avec leurs collègues du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) ont découvert une nouvelle famille d'enzymes produite par des champignons dégradeurs de bois et capable de faciliter la dégradation du xylane, un polysaccharide particulièrement récalcitrant des parois végétales. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Chemical Biology, le 29 janvier 2018.

La biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble...) lignocellulosique est une ressource abondante pour le développement de procédés de bioraffineries. Toutefois, les procédés de valorisation de cette bio-ressource sont limités par sa résistance à la dégradation enzymatique. Dans la nature, certains champignons filamenteux décomposent efficacement le bois grâce à un arsenal enzymatique complexe et varié qui fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être...) d'un intérêt croissant pour le développement de procédés biotechnologiques performants dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui...) de développement durable (Le développement durable (traduction de Sustainable development) est une nouvelle conception de l'intérêt public, appliquée à la croissance économique et reconsidérée à l'échelle...).

Les chercheurs de l'Inra de l'unité mixte de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) Biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie en considérant la diversité des écosystèmes, des espèces, des populations et celle...) et Biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non vivants, pour la production de savoir, biens et services.") Fongiques (BBF) de Marseille mènent des recherches sur les stratégies enzymatiques que ces champignons ont développées et ont constitué, depuis 30 ans, une collection unique de champignons filamenteux spécifiques de la dégradation du bois, appelée CIRM-CF, hébergée au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure...) de l'unité BBF, sur le Campus (Un campus (du mot latin désignant un champ) désigne l'espace rassemblant les bâtiments et l'infrastructure d'une université ou d'une école située hors d'une ville. Ce...) de Luminy d'Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...).

Entre 2007 et 2010, les chercheurs de l'Inra ont collecté en Guyane française, pour la collection CIRM-CF, des souches du genre Pycnoporus, qui se développent sur le bois et s'en nourrissent. Depuis 2014, une souche du champignon de la pourriture blanche, Pycnoporus coccineus, identifiée comme un dégradeur efficace du bois, a fait l'objet d'un séquençage (En biochimie, le séquençage consiste à déterminer l'ordre linéaire des composants d'une macromolécule (les acides aminés d'une protéine, les...) de son génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une espèce codé dans son ADN (à l'exception de certains...) et les fonctions de ses différentes enzymes, produites lorsque le champignon colonise le bois, ont été étudiées.

En collaboration avec le laboratoire Architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et fonction des macromolécules biologiques (CNRS/ Aix-Marseille Université), l'Université de York en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec 50 763 000 habitants (en 2006), qui représentent 83,8% de la population du Royaume-Uni, et...) et l'unité Biopolymères Interactions Assemblages de l'Inra de Nantes, les chercheurs marseillais ont réussi à identifier la fonction biologique d'une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et...) jusqu'alors inconnue dont la découverte a permis de constituer une nouvelle et 4ème famille enzymatique dans le groupe des LPMO (lytic polysaccharides monooxygenases) fongiques. Cette protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques....) dégrade spécifiquement le xylane qui recouvre les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) de cellulose du bois et qui est résistant aux hydrolases classiques. La comparaison de plusieurs centaines de génomes fongiques connus a montré que cette nouvelle famille d'enzymes est uniquement présente chez les champignons dégradeurs de bois.

D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) biotechnologique, cette nouvelle classe d'enzymes présente un intérêt majeur pour des procédés de production de biocarburants. Les essais menés sur la dégradation du pin (Pin désigne :) et du peuplier (Les peupliers sont des arbres du genre Populus de la famille des Salicacées.) montrent que son utilisation peut pratiquement doubler l'efficacité de la transformation de la cellulose du bois en glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est symbolisé par Glc. Il est directement assimilable par l'organisme.), par rapport à l'action des cellulases employées classiquement par l'industrie.

Les chercheurs ont déposé deux brevets sur ces enzymes qui catalysent la coupure oxydative du xylane, pour faciliter la saccharification de la biomasse végétale lors de la production de bioéthanol (Le bioéthanol est un biocarburant utilisé dans les moteurs à essence. Le terme bioéthanol est un amalgame entre le préfixe bio du grec...) et pour la modification de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) des fibres papetières.

Plus d'information:
L'unité BBF de Marseille organise la 2ème édition du symposium international LPMO du 7 au 9 novembre 2018 à Marseille. Les LPMO ou "Lytic Polysaccharide Monooxygénases" sont des enzymes à cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches une teinte rosée à pêche. C'est un...) produites par des bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...) et des champignons filamenteux, découvertes en 2010, qui ont révolutionné la vision de la dégradation de la cellulose. Ces enzymes sont incorporées au niveau industriel dans les cocktails d'enzymes utilisées pour dégrader la biomasse végétale pour la production de biocarburants de deuxième génération. Ces enzymes sont également très prometteuses dans le domaine des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) biosourcés.
La 1ère édition a eu lieu en 2016 à Copenhague au Danemark. L'unité BBF attend plus de 140 participants pour cette 2ème édition qui rassemblera des chimistes, biochimistes, structuralistes, biophysiciens et bioinformaticiens ainsi que des industriels des enzymes et des biotechnologies en biocarburants notamment. https://symposium.inra.fr/lpmo

Référence publication:
Couturier M, Ladevèze S, Sulzenbacher G, Ciano L, Fanuel M, Moreau C, Villares A, Cathala B, Chaspoul F, Frandsen K, Labourel A, Herpoël-Gimbert I, Grisel S, Haon M, Lenfant N, Rogniaux H, Ropartz D, Davies G, Rosso MN, Walton PH, Henrissat B, Berrin J.G. Lytic xylan oxidases from wood-decay fungi unlock biomass degradation. Nature Chemical Biology. http://dx.doi.org/10.1038/nchembio.2558

Contact scientifique:
Jean-Guy Berrin - Unité mixte de recherche "Biodiversité et Biotechnologie Fongiques" Inra ? Aix-Marseille-Université

Département associé:
Caractérisation et élaboration des produits issus de l'agriculture, Microbiologie (La microbiologie est la science qui étudie les micro-organismes (ou microorganismes).) et chaîne alimentaire (Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très...)

Centre associé:
Provence-Alpes-Côte d'Azur

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Source et illustration: INRA
 
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