Dans les bioraffineries actuelles, la lignine est considérée comme un sous-produit à faible valeur ajoutée alors qu’elle pourrait être considérée comme une source renouvelable de composés aromatiques pour la production de biocarburants et de composés chimiques. Le développement de systèmes efficaces de déconstruction de la lignine permettrait d’améliorer les procédés existants de bioraffinerie et de valoriser la lignine. Parmi les voies de tranformation de la lignine, la bioconversion par des espèces microbiennes présente l’avantage de s’inscrire dans une démarche de chimie verte : faible consommation énergétique, absence de solvants et de réactifs chimiques toxiques. Dans le cadre de la thèse de Louison Dumond, nous avons mis en évidence le potentiel des consortia microbiens issus du système digestif des termites à dégrader la lignine. Pour cela, nous avons combiné des études en bioréacteur avec des techniques de pointe en chimie analytique et des analyses en métagénomique shotgun et de screening functionnel. Nos résultats ont permis de mettre en évidence la complementarité fonctionnelle existante entre les espèces microbiennes présentes dans les consortia microbiens et d’idéntifier des cibles génétiques impliquées dans la deconstruction de la lignine.
Contexte et enjeux
Aujourd’hui, nos sociétés sont conscientes que les ressources fossiles telles que le pétrole, le gaz naturel ou le charbon sont limitées et que leur utilisation intensive a un impact important sur le climat. Cela nous amène à essayer de trouver de nouvelles façons de fournir à l’industrie de l’énergie et des molécules et produits chimiques de base. Dans ce cadre, la biomasse lignocellulosique peut être une source notable. Parmi les polymères constituant la lignocellulose, la lignine est sans doute la plus difficile à convertir en produits de valeur. Cependant, la gamme de molécules aromatiques qui peuvent être obtenues par la conversion de la lignine fait que la mise en place d’une bioraffinerie de lignine vaut la peine de relever le défi de sa dégradation.
Les termites sont connus comme les dégradateurs de lignocellulose les plus efficaces dans la nature ; ils peuvent se nourrir des polysaccharides de la lignocellulose et les transformer en énergie et en biomasse de termites. Néanmoins, le rôle exact du microbiome intestinal du termite dans la conversion de la lignine, n’a pas été entièrement caractérisé. Ainsi, nous avons entrepris d’étudier la capacité du microbiome digestif des termites à dégrader la lignine.
Résultats
Nous études en bioréacteurs controlés, associés à des techniques de pointe en chimie analytique (HSQC NMR et 13C-Py-GC-MS) ont permis de mettre en évidence la dégradation de plus de 20% de lignine présente dans la biomasse initiale, ainsi que des modifications structurelles du polymère avec l’apparition de métabolites indicateurs de la dégradation de la lignine. Le séquençage métagénomique shotgun de l’ensemble de l’ADN du consortium microbien enrichi dans les bioréacteurs a permis de reconstruire les génomes des espèces présentes dans le consortium microbien lignolytique et d’identifier les complémetarités functionnelles existantes etre les membres de la communauté. Ainsi, nos résultats apportent de nouvelles informations sur la coopération sous-jacente entre les bactéries pour réaliser la dégradation de la lignocellulose et de la lignine.
L’analyse des données du séquençage couplée à la métagénomique de screening functionnel et des mesures d’activité enzymatique nous ont permis d’identifier des gènes codants pour des functions liées à la déconstruction de la paroi végétale.
Nos recherches ont permis de obtenir des consortia microbiens capables de dégrader la lignine et de nouvelles données du séquençage pour cribler de nouvelles enzymes d’utilité pour la bioraffinerie.
Perspectives
Ces résultats ouvrent de larges perspectives pour l’utilisation des consortia microbiens et leurs enzymes pour modifier et dégrader la lignine. Nous compléterons l’analyse de nos données du séquençage pour identifier de nouvelles enzymes d’intérêt pour la bioraffinerie.
Références
Résultats présentés à « Lignin Gordon Research Conferences ; publication en cours de rédaction.
Partenariats
IJPB – AgroParisTech, Wageningen University & Research, RISH Kyoto University, Warwick University, IRD, Université Paris 13–Sorbonne Paris Cité.
Contact
Guillermina Hernandez Raquet (hernandg@insa-toulouse.fr)
