Projet « Usine biologique : production de biocarburant à partir de cyanobactéries » (BioCya)

(A. Méjean et O. Ploux, Equipe Métabolisme secondaire des cyanobactéries »)

 Ce projet (responsable scientifique A. Méjean) fait partie du programme interdisciplinaire SPC «  Les énergies de demain » coordonné par H. Peerhossaini et s’achève à la fin de l’année 2017. Il intègre des chercheurs de trois laboratoires : le LIED (UMR 8236), le laboratoire APC (UMR 7164) et le laboratoire MSC (UMR 7057).

Les cyanobactéries sont des organismes photosynthétiques apparus sur Terre il y a 3.5 milliards d’années ayant développés une extraordinaire diversité. Ces microorganismes puisent leur propre source d’énergie dans la lumière et le CO2 et produisent de très nombreux métabolites secondaires dont certains possèdent une haute valeur ajoutée.

Le projet d’usine biologique pour la production de biocarburant à partir de cyanobactéries (Fig. 17)visait quatre objectifs : i) à mettre en œuvre la production d’hydrocarbures à longue chaîne à partir de cyanobactéries sélectionnées, ii) à construire un prototype de photobioréacteur, iii) à proposer des sites d’implantation des bioréacteurs et iv) faire un bilan énergétique du processus complet.

Les deux premiers objectifs de ce programme ont été atteints avec succès grâce à un travail d’expertise disciplinaire en biologie, en physique et en sciences de l’ingénieur conjugué à une réflexion collective régulière.Le volet biologique présenté ci-dessous a été réalisé par l’équipe « Métabolisme secondaire des cyanobactéries » du LIED UMR 8236 et le volet physique et sciences de l’ingénieur (qui ne sera pas développé ici) a été mis en œuvre dans l’équipe « Physique des énergies » dirigée par H. Peerhossaini au sein du laboratoire APC UMR 7164.

Notre tâche comme biologistes consistait donc à identifier des souches de cyanobactéries productrices d’hydrocarbures à longue chaîne C16 à C18 et mettre en place des conditions de culture de cyanobactéries optimales pour la production de biocarburant. Nous avons acquis auprès des collections internationales de cyanobactéries (PCC : Pasteur Culture Collection of cyanobacteria ; ATCC : American Type culture Collection) des souches de différents genres de cyanobactérie (Nostoc, Fisherella, Oscillatoria, Pleurocapsa, Microcystis et Synechocystis) et mesuré leur capacité de production d’hydrocarbures. Nos résultats d’analyse du contenu en hydrocarbures chez les différentes souches de cyanobactérie conjointement aux données de la littérature montrent que la capacité des cyanobactéries à produire des alcanes/alcènes à longue chaîne est universelle : toutes les cyanobactéries testées à ce jour (environ 200) produisent des hydrocarbures et portent dans leur génome les gènes codant pour leur biosynthèse par l’une ou l’autre des deux voies connues (OLS « Olefin synthase » ou FAAR/ADO).

Si cette production ne dépend ni du genre de cyanobactérie, ni de l’origine géographique de l’organisme ou de la voie de biosynthèse utilisée, elle reste modeste (0.2-0.3 g alcane/alcène pour 100 g de matière sèche) et n’a pas pu être optimisée dans différentes conditions de culture malgré de nombreux efforts des différentes équipes investies dans ces recherches.

Une des raisons de cette production relativement modeste pourrait tenir au rôle de ces alcanes/alcènes à longue chaîne dans la composition des membranes photosynthétiques des cyanobactéries (thylacoïdes). En effet, la production excessive d’alcanes à longues chaînes déstabiliserait les membranes en modifiant leur fluidité et entamerait la capacité photosynthétique de l’organisme et donc sa survie.

 Cyanobactérie Pleurocapsa sp. PCC 7516          Culture en photobioréacteur          Extraction de molécules d’intérêt: biocarburant..etc

Figure 17 : Schéma illustrant le programme « Usine biologique : production de biocarburants à partir de cyanobactéries », Les énergies de demain (collaboration H. Peerhossaini APC UMR 7164)