Biologie Synthétique pour la synthèse de molécules chimiques à haute valeur ajoutée à partir de ressources carbonées renouvelables

Le projet SYNTHACs (Biologie Synthétique pour la synthèse de molécules chimiques à haute valeur ajoutée à partir de ressources carbonées renouvelables), primé au 1^er appel d’offre du Programme d’Investissement d’Avenir (PIA1 2010), avait comme objectif de développer à l’échelle du laboratoire un procédé fermentaire pour la production du synthon chimique, l’acide 2,4-dihydroxybutyrique (DHB), à partir de glucose. L’intérêt de développer ce procédé tient aux propriétés technologiques remarquables de la molécule DHB. En effet, cette dernière est facilement convertible en un dérivé hydroxylé de la méthionine, acide aminé essentiel en nutrition animale qui est, à ce jour, exclusivement produit par une méthode pétrochimique. Ce synthon est aussi précurseur d’un large panel de molécules dans les secteurs de la chimie fine, de l’aérospatial et de l’industrie pharmaceutique. Comme ce synthon n’est pas naturellement produit par les microorganismes, le projet se proposait d’exprimer la voie synthétique composée de 3 étapes enzymatiques ‘non-naturelles’ nécessaire pour produire le DHB à partir de L- malate, un acide carboxylique dérivé du métabolisme du glucose par le cycle de Krebs. En termes de ‘livrable majeur’, l’objectif était d’atteindre une production de DHB de plusieurs grammes par litre avec un rendement sur glucose proche de 30%. Ce défi a été relevé grâce au travail d’un consortium composé de trois partenaires académiques, le LISBP apportant ses compétences en ingénierie enzymatique, métabolique et physiologie microbienne, l’Institut Mathématiques de Toulouse, expert en analyse des données complexes et modélisation, le centre d’excellence ‘Toulouse White Biotechnology’ (TWB) offrant un environnement technique pour le développement de ce type de projet et d’un partenaire privé, la société Adisseo, acteur majeur en nutrition animale apportant sa contribution sur le volet fermentation et extraction. Ainsi, partant d’une production de quelques mg de DHB au démarrage du projet, celle-ci a été multipliée par plus de 1000 fois à son terme. Une partie de ces travaux vient d’être publiée dans la revue Nature Communication (Nat Comm, Jun 27, 8, 15828).

En conclusion, nous pouvons considérer avoir atteint les objectifs initialement assignés de ce projet, qui sera par ailleurs poursuivi dans le cadre de l’Appel d’offre 2016 de l’ADEME ‘Industrie Agriculture Eco-efficientes impliquant Adisseo et INSA/TWB. Sur le plan purement technico-scientifique, la réussite du projet ‘SYNTHACs’ confirme l’intérêt de construire des organismes ‘à la carte’ exprimant de nouvelles fonctionnalités. Il constitue à ce titre un exemple concret en Biologie de Synthèse. Sur le plan économique, il préfigure une alternative viable à la pétrochimie pour produire, à partir de sources de carbone renouvelables, des molécules chimiques plateformes qui se substitueront à celles obtenues à partir les ressources fossiles.