Une nouvelle étude révèle une méthode pour améliorer la production de bioéthanol à partir de canne à sucre en identifiant les souches contaminantes qui affectent l'efficacité de la fermentation, augmentant potentiellement les revenus de 1,6 milliard de dollars et réduisant les émissions de CO2 de 2 millions de tonnes par an au Brésil.
Une nouvelle méthode de surveillance de la contamination dans la production de bioéthanol pourrait augmenter les revenus de l’industrie de plus de 1,6 milliard de dollars et réduire les émissions de CO2 de 2 millions de tonnes.
Pour la première fois, des chercheurs du Centre de biodurabilité de la Fondation Novo Nordisk (DTU Biosustain) ont étudié la population de contaminants provenant du processus de production de bioéthanol à partir de la canne à sucre à une résolution au niveau de la souche. Cette étude pionnière révèle comment la dynamique des souches est directement impliquée dans les performances du processus, soulignant la nécessité d'améliorer les techniques de contrôle microbien pour améliorer l'efficacité industrielle. Les résultats de la recherche sont récemment publiés dans Nature Communications.
Rendement du processus amélioré et avantages environnementaux
Le bioéthanol, une importante source d’énergie renouvelable, est dérivé de la fermentation de sucres par des levures, principalement Saccharomyces cerevisiae. Cependant, les bactéries contaminantes présentes dans la matière première peuvent affecter considérablement l’efficacité de la fermentation. Jusqu’à présent, ces microbes contaminants ont été caractérisés à l’aide de méthodes qui ne saisissaient pas pleinement leur diversité ou leur impact.
« Notre recherche fournit une analyse complète des populations microbiennes à toutes les étapes du processus de bioéthanol industriel dans deux grandes bioraffineries brésiliennes. En utilisant une combinaison de métagénomique par injection et de méthodes basées sur la culture, nous avons identifié les facteurs écologiques qui influencent la dynamique des communautés et l'efficacité de la bioconversion », explique Felipe Lino, postdoctorant à DTU Biosustain. Il ajoute : « L'étude démontre que des souches bactériennes spécifiques, influencées par la température, peuvent soit entraver, soit améliorer le rendement en éthanol. Cette amélioration n'a pu être obtenue qu'avec les techniques avancées que nous avons utilisées. »
Ces résultats pourraient entraîner une augmentation de plus de 5 % du rendement du processus, ce qui se traduirait par une augmentation des revenus d’environ 1,6 milliard de dollars et une réduction des émissions de CO2 d’environ 2 millions de tonnes par an, si l’on considère uniquement le Brésil.
Résolution au niveau de la souche : découvrir la dynamique bactérienne cachée
Les chercheurs ont découvert que l’interaction entre différents espèces impacte considérablement le rendement en éthanol. Lactobacillus amylovorus est présent en concentrations plus élevées, les rendements sont nettement meilleurs.
Le professeur Morten Sommer de DTU Biosustain explique :
« Nous avons cartographié les populations microbiennes à l'échelle de la souche pour découvrir le véritable impact des microbes non levuriens sur les performances de fermentation. Nous avons identifié des souches spécifiques de Espèce de L. fermentum causant le plus de dommages au processus, tandis que d'autres souches sont neutres et devraient même être conservées comme tampon contre les souches nocives. L'augmentation des températures a été liée à la croissance de L. fermentum « Les souches de levures qui affectent négativement la viabilité des levures et l’efficacité de la fermentation. Cela souligne l’importance d’adopter à l’avenir des méthodes à plus haute résolution pour surveiller les communautés microbiennes. »
Ouvrir la voie à de nouvelles solutions de contrôle microbien et de processus
Les résultats de cette étude pourraient conduire au développement de nouvelles solutions de contrôle microbien et de processus capables de contrôler les microbes indésirables et d'améliorer considérablement les performances de la production de bioéthanol. Cela peut se traduire par des biocarburants plus rentables, une efficacité accrue et une réduction substantielle des émissions de CO2 émissions, soutenant les efforts mondiaux visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre.
Des implications au-delà de la production de bioéthanol
Les résultats de cette étude sont particulièrement pertinents pour les entreprises de biocarburants et de biotechnologie industrielle, ainsi que pour les groupes de recherche axés sur les outils bioinformatiques permettant d'analyser les microbiomes à l'échelle de la souche. Le nouveau catalogue de gènes et les analyses fonctionnelles développés dans cette étude offrent des ressources précieuses pour la découverte de nouvelles enzymes et de nouveaux traits métaboliques pour les souches industrielles robustes. Ces connaissances pourraient également être appliquées à d'autres études de métagénomique, telles que la dynamique du microbiome intestinal, les microbiomes du sol et des cultures.
