La biofabrication utilisant des sucres de biomasse tels que le maïs issu de l’agriculture attire l’attention en tant que technologie respectueuse de l’environnement. Cependant, l'offre de ces sucres issus de la biomasse conventionnelle est limitée par rapport à l'énorme demande pour la production de carburants et de produits chimiques, ce qui suscite des inquiétudes quant à la concurrence avec l'alimentation en raison de l'expansion de l'utilisation industrielle.
Or, dans une étude récemment publiée dans ChemBioChem, des chercheurs de l'Université d'Osaka et des partenaires collaborateurs ont développé une technologie de biofabrication innovante utilisant des sucres non naturels synthétisés chimiquement comme matière première pour résoudre le problème mentionné ci-dessus. Utiliser des bactéries (Corynebactérie glutamicum, C. glutamicum), ils ont réussi à produire par fermentation du lactate en utilisant des solutions de sucres synthétisés comme seul substrat. Il s’agit du premier cas au monde où la biofabrication a été réalisée en utilisant du sucre de synthèse comme matière première. Cette réalisation permettra l’approvisionnement en sucre brut durable qui n’entre pas en concurrence avec les aliments et devrait développer davantage la biofabrication.
Depuis la révolution industrielle, le changement climatique provoqué par l’utilisation excessive de combustibles fossiles et les émissions de gaz à effet de serre (GES) qui en résultent constituent un défi mondial du 21e siècle. La biofabrication est considérée comme un moyen efficace de résoudre ces problèmes et sa mise en œuvre est activement encouragée. La production de la principale matière première (la biomasse de 1ère génération) dans la biofabrication actuelle repose sur des procédés agricoles comme la culture du maïs. Cependant, on craint que l'offre de biomasse de première génération puisse concurrencer l'alimentation, car elle ne peut pas satisfaire l'énorme demande de production de carburants et de produits chimiques. En outre, la production de sucre par l’agriculture à grande échelle présente des aspects négatifs tels que l’utilisation des terres, la consommation massive de ressources épuisables telles que l’eau douce, l’azote et le phosphore, la pollution de l’eau due à l’eutrophisation et la perte de biodiversité.
Le groupe de recherche a mené des recherches sur le sucre synthétisé chimiquement qui ne dépend pas de l'agriculture et sur l'application du sucre obtenu aux bioprocédés. La synthèse chimique des sucres présente de nombreux avantages tels que (1) un taux de synthèse extrêmement élevé (au moins plusieurs centaines de fois plus rapide que les processus agricoles), (2) une consommation moindre d'eau (environ 1/1300 des processus agricoles), (3) moins utilisation des terres (environ 1/600 des processus agricoles), et (4) aucun besoin de nutriments tels que le phosphore et l'azote. Cependant, les sucres synthétisés chimiquement sont des mélanges contenant de nombreux composés dont les structures n’existent pas dans la nature. Par conséquent, l’utilisation de solutions de sucres non naturels synthétisés pour les bioprocédés présente des défis, tels que la présence de facteurs qui inhibent la croissance des bactéries.
Dans cette étude, le groupe de recherche a établi une méthode de culture stable utilisant du sucre synthétisé chimiquement comme substrat, en utilisant C. glutamicum comme bactérie modèle. Ils ont également identifié des facteurs inhibiteurs de croissance dans la solution de sucre synthétisée et ont montré qu'ils pouvaient être éliminés par un traitement catalytique secondaire. De plus, en effectuant une fermentation dans des conditions limitées en oxygène, ils ont réussi à produire du lactate par fermentation en utilisant une solution de sucre synthétisé comme seul substrat malgré leur absence dans la nature. Il s’agit du premier cas au monde où la bioproduction a été réalisée en utilisant comme substrat du sucre synthétisé de manière indépendante de l’agriculture. Le lactate est produit via le pyruvate, qui se situe à l'extrémité d'une voie métabolique appelée glycolyse. Cela signifie que cette méthode peut être largement et généralement appliquée à la biofabrication via la glycolyse.
Les résultats de ces recherches ont démontré que le sucre synthétisé chimiquement peut être utilisé comme nouvelle matière première pour la biofabrication. L'utilisation de sucre de synthèse chimique, qui peut être produit à grande vitesse et sur place, devrait résoudre les problèmes d'approvisionnement en matières premières dans la biofabrication, tels que la concurrence avec l'alimentation, la dépendance régionale et l'utilisation à grande échelle de ressources épuisables. et devrait changer la donne dans ce domaine.
