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RÉSUMÉ
L'urgence écologique et l'épuisement des ressources naturelles oblige l'industrie toute entière à repenser son mode de production. Depuis plusieurs décennies, l'ingénierie métabolique vise à concevoir «à la carte» des micro-organismes capables de produire par fermentation le composé chimique voulu à partir de ressources renouvelables. Cet article référence la grande majorité des composés produits par ingénierie métabolique depuis la création du domaine. À notre connaissance, il s'agit de la plus importante liste jamais publiée à ce jour.
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Cyrille PAUTHENIER : Doctorant - Institut de Biologie systémique et synthétique, université d'Évry-val-d'Essonne, CNRS FRE3571, Génopole, Évry, France
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Jean-Loup FAULON : Professeur à l'université d'Évry-val-d'Essonne - Directeur de l'institut de Biologie systémique et synthétique - Institut de Biologie systémique et synthétique, université d'Évry-val-d'Essonne, CNRS FRE3571, Génopole, Évry, France
INTRODUCTION
Depuis les années 1980, les progrès de l'ingénierie des êtres vivants permettent de franchir une étape supplémentaire avec l'ambition de construire des organismes « à la carte » produisant par fermentation le composé dont l'industrie ou la médecine aurait besoin, à partir de ressources renouvelables. C'est l'objectif d'un champ de recherche appelé « ingénierie métabolique ». À ce jour, la fermentation de plus de 130 composés différents a été étudiée dans de multiples organismes. Dans cet article, nous avons compilé la liste de ces composés, des organismes utilisés et des références bibliographiques associées. À notre connaissance, cet article constitue l'inventaire le plus complet jamais publié jusqu'à présent. Ce tableau rassemble des exemples dans le domaine des carburants, des plastiques, de l'agriculture, de la chimie et de la médecine. Comme nous pouvons le constater, la majorité des efforts ont été dirigés vers la production d'une grande variété de produits pharmaceutiques. Cependant, peu d'entre eux ont été réellement développés pour être produits à l'échelle industrielle, contrairement aux biocarburants et bioplastiques pour lesquels les différentes molécules d'intérêt ont été étudiées en profondeur dans de nombreux organismes hôtes.
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Liste des composés produits par fermentation et ingénierie métaboliqueArticle inclus dans l'offre
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1. Répartition des efforts de recherche par famille de composés
L'ingénierie métabolique est un champ de recherche qui vise à produire un composé à usage industriel en utilisant la fermentation des sources de carbone renouvelables. Une revue détaillée des concepts et des outils de ce domaine est disponible par les mêmes auteurs dans l'article [BIO 800] Ingénierie métabolique et biologie de synthèse. L'objectif du travail de synthèse présenté dans cet article est de faire un point sur les grands accomplissements de ce domaine, pour les différentes familles de composés chimiques.
Le nombre de molécules distinctes répertoriées dans cet article par champ d"application est représenté dans la figure 1. On observe que près des deux tiers des efforts se portent sur des molécules d'intérêt pharmaceutique et un peu plus d'un tiers sur les autres molécules d'intérêt industriel, plastiques et carburants.
Sur les 130 exemples compilés ici, on observe que la grande majorité des travaux sont orientés vers la production de molécules pour lesquelles il existe déjà des voies métaboliques naturelles identifiées les produisant. C'est pourquoi un grand nombre de ces exemples sont des molécules d"intérêt pharmaceutique ou compléments alimentaires, car ce sont des produits à haute valeur ajoutée et que leur production par ingénierie métabolique est plus facilement réalisable que pour les composés n"ayant pas déjà un producteur naturel.Il est possible d'utiliser des molécules naturelles comme carburants (éthanol, butanol) ou plastiques (PLA, chitine). Cependant, de par l'industrie existante, les procédés déjà établis et les chaînes de recyclage en place, l'un des objectifs majeurs du domaine est de produire les mêmes composés que ceux issus de la pétrochimie pour faciliter la transition industrielle. Il existe moins d'exemples de telles réalisations, cependant c'est sur ces produits qu'est concentrée une grande partie des investissements privés.
En ce qui concerne les bioplastiques,...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ROWE (G.E.), MARGARITIS (A.) - Bioprocess design and economic analysis for the commercial production of environmentally friendly bioinsecticides from Bacillus thuringiensis HD-1 kurstaki. - Biotechnol. Bioeng., vol. 86, no 4, p. 377-388 (2004).
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(2) - JIANG (H.), ZHANG (J.M.), WANG (J.P.), YANG (B.) et al - Genetic engineering of Periplaneta fuliginosa densovirus as an improved biopesticide. - Arch Virol, vol. 152, no 2, p. 383-394 (2007).
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(3) - PARK (E.-J.), JEKNIC (Z.), SAKAMOTO (A.), DENOMA (J.) et al - Genetic engineering of glycinebetaine synthesis in tomato protects seeds, plants, and flowers from chilling damage. - In The Plant journal : for cell and molecular biology, England, vol. 40, p. 474-487 (2004).
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(4) - GEORGI (T.), RITTMANN (D.), WENDISCH (V.F.) - Lysine and glutamate production by Corynebacterium glutamicum on glucose, fructose and sucrose: roles of malic enzyme and fructose-1,6-bisphosphatase. - Metab. Eng., vol. 7, no 4, p. 291-301 (2005).
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(5) - KOFFAS (M.A.G.), JUNG (G.Y.), STEPHANOPOULOS (G.) - Engineering metabolism and product formation in Corynebacterium...
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