Beau succès pour le projet SYNTHACs!
Le projet SYNTHACs (Biologie Synthétique pour la synthèse de molécules chimiques à haute valeur ajoutée à partir de ressources carbonées renouvelables), primé au 1er appel d’offre du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA1 2010), avait comme objectif de développer à l’échelle du laboratoire un procédé fermentaire de 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. Le DHB est aussi précurseur d’un large panel de molécules dans les secteurs de la chimie fine, de l’aérospatial et de l’industrie pharmaceutique.
Le projet SYNTHACs, financé par l’ANR* entre novembre 2011 et juin 2017, 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.
Le projet a été structuré en trois blocs de tâches :
- Le premier concernait la modélisation et l’ingénierie enzymatique pour l’optimisation des 3 catalyseurs de la voie synthétique initialement conçue.
- Le second portait sur l’ingénierie métabolique et de souches afin d’orienter le flux de carbone vers le malate et pour l’expression optimale de la voie synthétique au sein de la cellule bactérienne.
- Le procédé de fermentation et d’extraction du synthon chimique du mout de fermentation constituait le troisième volet du projet.
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 projet et d’un partenaire privé, la société Adisseo, acteur majeur en nutrition animale apportant sa contribution sur le volet fermentation et extraction.
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) et plusieurs autres publications sont en cours de soumission.
Le succès de ces recherches, qui a permis à ce projet d’atteindre le niveau de maturité à l’échelle laboratoire (TRL4), a conduit le partenaire industriel à poursuivre le projet pour le conduire au moins jusqu’à l’échelle préindustrielle (niveau TRL7) avec le concours de l’INSA et avec un soutien financier de l’ADEME.
En conclusion, la réussite du projet ‘SYNTHACs’ sur le plan scientifique 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 plateformes pour la production de composés à fort potentiel qui se substitueront à celles obtenues par les ressources fossiles.
