Des scientifiques allemands ont développé un moyen efficace d'absorber le dioxyde de carbone de l'air

En dépit de la grande variété d'organismes capables de produire des enzymes pour convertir le dioxyde de carbone en composés organiques, encore personne n'a été en mesure d'utiliser cette capacité de convertir SO ₂ en biocarburants ou de sources renouvelables pour la production de produits chimiques précieux. Une concentration trop élevée de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est un problème grave, mais certains scientifiques y voient une opportunité.

Une équipe de chercheurs de l' Institut de microbiologie de la Terre de la société Max Planck à Marburg, en Allemagne, a mis au point une nouvelle méthode très efficace pour le traitement du CO ₂ pour les plantes . Il est basé sur une nouvelle enzyme de liaison au carbone .Grâce à quoi ce processus peut hypothétiquement aller 2 à 3 fois plus vite.

Les plantes et les algues font assez bien pour réduire la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Chaque année, ils consomment environ 350 milliards de tonnes de CO ₂ dans le monde. Presque toutes les plantes le font en utilisant le même processus chimique, une série de réactions chimiques appelées le cycle de Calvin .

Le cycle de Calvin est un ensemble de transformations moléculaires dans lesquelles trois atomes simples d'une molécule de CO ₂ sont lentement convertis en glucose, un sucre complexe. Cette méthode est assez bien déboguée par l'évolution, mais les scientifiques ont trouvé un moyen de l'améliorer.


La réussite du cycle de Calvin dépend de l'outil moléculaire spécifique - la ribulose bisphosphate carboxylase (RuBisCO) - une enzyme qui piège le CO ₂ de l'atmosphère et forme une grosse molécule pour commencer la conversion. Le problème est que RuBisCO le fait relativement lentement. De plus, une tentative sur cinq par RuBisCO de fixer le CO ₂ entraîne une perte de carbone du cycle de Calvin et réduit l'efficacité de la photosynthèse.

Les biochimistes dirigés par Tobias Erb ont développé un cycle d'absorption du carbone in vitro similaire à bien des égards au cycle de Calvin. La principale différence de la nouvelle méthode est qu'elle utilise un outil moléculaire plus rapide et plus efficace - l'enzyme ECR, qui fait le même travail que RuBisCO, seulement environ 9 fois plus rapidement. Erb a appelé ce processus le cycle CETCH. En plus de l'enzyme ECR, les scientifiques ont séquencé et synthétisé 16 autres catalyseurs de 9 organismes différents pour le cycle CETCH.

Le cycle CETCH convertit le CO ₂ en suspension dans l'air en glyoxylateen 11 étapes. À chaque étape, une enzyme qui transforme les molécules est requise. Chacune de ces enzymes a été soigneusement sélectionnée parmi 40 000 catalyseurs connus. Certains d'entre eux ont été trouvés dans le corps humain et des bactéries intestinales, d'autres ont été prélevés sur des plantes et des microbes qui vivent dans les océans.

Erb et ses collègues ont testé le cycle CETCH dans leur laboratoire. Ils ont combiné tous les catalyseurs extraits avec une certaine quantité de carburant chimique et calculé la quantité de dioxyde de carbone éliminée de l'air. Ils ont constaté que leur cycle était 25% plus efficace que le cycle Calvin dans les plantes et les algues. CETCH convertit le dioxyde de carbone en molécules organiques à un taux de 5 nmol CO ₂ par minute par milligramme de protéines.

Encouragée par la réussite de la restauration du réseau enzymatique synthétique in vitro, qui, par ailleurs, peut rivaliser avec les cycles naturels, Erb ouvre plusieurs portes à la fois pour utiliser la technologie CETCH. Si des enzymes synthétiques sont introduites dans un organisme vivant, le cycle CETCH soutiendra la photosynthèse naturelle. En fin de compte, il peut également servir d'impulsion pour le développement d'un métabolisme du carbone entièrement synthétique et autosuffisant dans les systèmes bactériens et algaux.

Erb note qu'à ce stade, il est très difficile de prédire à quelle vitesse le CETCH synthétisé sera comparé au cycle de Calvin, qui fonctionne dans les organismes vivants. Mais comme il passe par moins d'étapes et que ses enzymes sont plus rapides, les scientifiques s'attendent à une accélération deux ou trois fois. En fin de compte, il peut être légèrement plus lent que le cycle de Calvin. Les scientifiques ne le savent tout simplement pas encore.

Bien que le glyoxylate qui est produit pendant le cycle CETCH soit en grande partie inutile en soi, il peut facilement être converti en un autre produit chimique adapté à la production de biocarburants ou d'antibiotiques.

Les scientifiques espèrent qu'un jour le cycle CETCH pourra être introduit dans un organisme vivant en utilisant des méthodes de génie génétique. Cependant, c'est une tâche très difficile, pour la solution de laquelle il est nécessaire de mener de nombreuses recherches. L'équipe d'Erb n'a maintenant aucune idée de ce qui se passera si leur cycle est placé à l'intérieur d'un système de cellules vivantes.

«Essayez d'imaginer que les scientifiques ont pu créer quelque chose comme des feuilles artificielles ou tout autre système hybride dans lequel les panneaux solaires photovoltaïques peuvent fournir aux algues et aux bactéries qui vivent sous elles de l'énergie. Ensuite, en utilisant le cycle CETCH, ils peuvent absorber le dioxyde de carbone et produire des produits chimiques bénéfiques », explique Tobias Erb.

Aujourd'hui, la base de toute l'industrie chimique est l'utilisation de combustibles fossiles. Plastiques et textiles, machines et antibiotiques - tout cela est produit avec une énorme quantité d'émissions de dioxyde de carbone. Au lieu de surcharger la planète de nouvelles émissions, la production chimique pourrait lutter activement contre le changement climatique, créant des produits sains à partir de CO ₂ .

Le travail scientifique a été publié dans la revue Science le 18 novembre 2016
DOI: 10.1126 / science.aah5237

Source: https://habr.com/ru/post/fr399203/