l'acide 2, 4 dihydrobutyrique, un biomonomère précurseur pour la synthèse de nouveaux polymères biocompatibles et biodegradables – POLYDHB

Pour répondre à l’objectif du projet POLYDHB, des approches complémentaires de chimio-catalyse et biotechnologique ont été menées en parallèle, chacune constituant un lot de travail distinct et étant chapeauté par un lot comportant les méthodes de synthèse et de production des monomères d’intérêts à savoir le mélange racémique DHB, les énantiomères L et D-DHB et le dérivé lactone du DHB, la 2-hydroxy-g-butyrolactone (2-HBL). Globalement, le projet n’a pas fait appel à des développements de nouvelles technologies, mais il a exploité à bon escient les méthodes existantes et bien maitrisées des équipes partenaires.

Les résultats majeurs obtenus dans ce projet sont
- La chimio-catalyse a permis de démontrer que la forme lactone du DHB (2-HBL) peut être incorporées à différents taux avec d’autres monomères comme l’?-caprolactone et le lactide par ROP pour produire des co-polymères ayant de nouvelles propriétés
- L’approche biotechnologique a permis d’obtenir les premières indications que le DHB peut être employé par la machinerie de synthèse enzymatique des polyesters de type polyhydroxyalcanoate
- Alors qu’à ce jour le procédé fermentaire ne produit que la forme L- du DHB, un système enzymatique capable de produire spécifiquement la forme D-DHB a été identifié et caractérisé.

La volonté des partenaires est de poursuivre ce projet en élargissant ses ambitions scientifiques, techniques et industrielles. Pour cela, nous avons soumis un projet dans le cadre de l’appel d’offre ANR/DFG 2024 portant sur la production de dérivés du DHB par voie biotechnologique et leur utilisation pour la synthèse (co)polymères par chimio-catalyse. Parallèlement, nous soumettrons en avant la fin 2024 un projet plus ambitieux dans le cadre des appel à projet européen «EIC Pathfinder 2024« dans la section 'Nature inspired alternatives for food packaging and films for agriculture dont l'objectif sera de produire une large gamme de biopolymères à base de DHB et de ses derivés et de les tester à la fois sur leur propriétés physiques (solubilité, degradabilité) et technologiques

Le projet a donné lieu à 2 publications portant sur l’utilisation du dérivé lactone de DHB (2-HBL) dans la production de co-polymères avec l’epsilon-caprolactone. Un brevet a été déposé portant sur une amélioration technologique de la méthode de production de DHB par voie microbienne. Le projet a aussi été l’occasion à deux étudiants de réaliser leur thèse de doctorat, l’une en chimie des polymères et l’autre en ingénierie microbienne et enzymatique. Enfin, le projet a été disséminé au travers de 6 posters dans des meeting internationaux, fait l’objet de 3 communications orales et de 4 conférences invitées.

Une des pierres angulaires de la 'Bioéconomie’ reposera sur notre capacité à exploiter des ressources de carbones renouvelables afin de produire des ‘carburants’ respectueux de notre environnement et des produits chimiques à caractère écologiques qui pourront remplacer de façon profitable des produits actuels mais provenant des ressources fossiles. Le projet POLYDHB s’inscrit dans ce cadre de la ‘Bioéconomie’ et de l’environnement durable. Ce projet tient son origine de travaux réalisés dans le cadre de projets précédents réalisés par deux partenaires présents dans cette proposition et qui ont exploité la boîte à outils de la biologie synthétique et de l’ingénierie métabolique et enzymatique pour construire une voie métabolique permettant la production d’un métabolite non-naturel : l’acide 2,4-dihydroxybutyrique (DHB) à partir de sources de carbone renouvelable (c'est-à-dire des sucres). Initialement conçu comme précurseur à la synthèse par voie biotechnologique de la méthionine (seul acide aminé essentiel produit à l’heure actuelle quasi exclusivement par un procédé pétrochimique), cette molécule se révèle en réalité être un ‘synthon ‘chimique ou plateforme unique pour la production d'autres produits de commodités ciblant des secteurs autre que la nutrition animale et notamment la chimie des plastiques et des polymères ainsi que le secteur pharmaceutique.
Le but du projet POLYDHB est ici de démontrer que l’acide 2,4 dihydroxybutyrique (DHB) peut être utilisé comme un monomère non naturel original pour la production de nouveaux polymères bio-sourcés et biodégradables. Les défis scientifiques et techniques de ce projet seront réalisés au travers de trois lots de travail : (I) la production d’énantiomères purs et de dérivés lactone et lactide de ce DHB, (II) le développement et la mise au point de processus chimio-catalytique de (co)polymérisation de DHB et/ou de ses dérivés lactides et lactone seuls ou en présence d’autres monomères, et (III) le développement d’un processus microbien pour la synthèse de polymères à base de DHB. Dans chacun de ces lots découpés en tâches bien spécifiques, les risques scientifiques ont été identifiés et des solutions correctives clairement proposées. Pour réussir cet objectif, un noyau multidisciplinaire et complémentaire d’experts dans le domaine de la biologie des Systèmes et Biologie Synthétique (LISBP, Toulouse), de la Chimie des Polymères (LCPO, Bordeaux) avec la participation d’une équipe japonaise experte en biologie moléculaire des polymères bio-sourcés a été mis en place. En outre, le fort engagement du partenaire industriel Adisseo dans ce projet se justifie non seulement par sa position indiscutable dans la maitrise et la production chimique et microbienne de DHB, mais c’est aussi un atout pour l’exploitation industrielle de cette molécule sur des marchés autre que celui de la nutrition animale que les résultats de ce travail pourront ouvrir. L’ambition du projet POLYDHB est d’atteindre le niveau 4 de maturité technologique sur la période de 3 ans.