Les membranes cellulaires modifiées améliorent les capacités des bactéries industrielles

Les bactéries sont un élément essentiel des industries pharmaceutiques et chimiques, contribuant à la production de toutes sortes de produits, des médicaments à la bière en passant par le biodiesel et les engrais. L’industrie pharmaceutique, en particulier, dépend fortement des bactéries pour produire des substances comme l’insuline et la pénicilline. Les contributions des bactéries à l’industrie ont révolutionné le développement des médicaments.

Mais la production de ces composés a un coût élevé. L’industrie utilise de grandes quantités d’ E. coli et leur remplacement a un impact sur l’environnement, l’énergie et le temps en raison de facteurs tels que les températures élevées, les niveaux de pH extrêmes, les rayons UV et l’exposition aux solvants.

Une équipe de chercheurs de l’Université du Danemark du Sud s’efforce désormais de rendre les bactéries industrielles plus robustes et plus utiles. Leur objectif est de réduire l’énergie, le temps et les produits chimiques indésirables nécessaires à l’entretien des bactéries, tout en les rendant réutilisables afin qu’elles puissent travailler plus longtemps avant de devoir être remplacées. Pour ce faire, ils ont développé un revêtement polymère qui s’intègre à la membrane cellulaire bactérienne et des membranes cellulaires chimiquement modifiées avec les polymères catalytiques.

« Nous avons pris une bactérie industrielle courante,  E. coli , et lui avons donné une « cape de Superman » pour améliorer ses capacités de catalyse. Cela réduit la consommation d’énergie et rend le processus de production plus durable », explique Changzhu Wu, PhD, professeur associé au département de physique, de chimie et de pharmacie de l’Université du Danemark du Sud.

En développant la « cape de Superman », Wu a cherché un matériau capable d’envelopper les bactéries tout en leur permettant d’interagir avec leur environnement pour réaliser les réactions chimiques complexes souhaitées.

Grâce à une polymérisation radicalaire par transfert d’atomes in situ en une seule étape sur des cellules vivantes  d’E. coli , « des polymères sont générés pour protéger les cellules des facteurs de stress environnementaux tout en facilitant la synthèse chimioenzymatique en intégrant des polymères catalytiques à des enzymes intracellulaires », ont noté les auteurs.

Ce travail est publié dans Nature Catalysis dans l’article « Engineering living cells with polymers for recyclable photoenzymatic catalysis »

« Nous avons greffé des polymères sur la membrane cellulaire d’une  bactérie E. coli , ce qui a permis d’obtenir deux résultats importants : d’abord, les bactéries sont devenues plus fortes et plus efficaces, et ont pu réaliser des réactions chimiques complexes plus rapidement. Ensuite, les bactéries ont été mieux protégées, ce qui leur a permis de multiples utilisations. Il s’agit donc d’une sorte de « bactérie Superman » plus durable », explique Wu.

En guise de preuve de concept, « une cascade photoenzymatique avec un polymère à base d’anthraquinone et une benzaldéhyde lyase est démontrée », notent les auteurs, « convertissant l’alcool benzylique en benzoïne et obtenant des rendements de bioconversion 15 fois supérieurs à ceux des témoins. De plus, les cellules servent de grands échafaudages biologiques pour les polymères, permettant le recyclage des catalyseurs macromoléculaires. »

Ce travail présente une approche simple qui offre une plate-forme technologique pour l’ingénierie des membranes cellulaires pour la synthèse en cascade, avec de larges implications pour la chimie synthétique, la chimie des polymères et la biotechnologie.

Source : genengnews.com