Projet ANR-08-BIOE-0004 – HémiLi : Etude et réduction des interactions hémicellulases-lignine pour le développement de procédés de prétraitement et de fractionnement enzymatiques performants de la lignocellulose
Programme : Bioénergies (Bio-E)
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : Madame Caroline REMOND (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE LILLE)
Partenaires : Institut national de la recherche agronomique; Institut national des sciences appliquées de Toulouse; Université de Strasbourg; Université de Toulouse III - Paul Sabatier
Montant : 373161.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Interactions lignines-enzymes : rôle dans la récalcitrance à l’hydrolyse de la biomasse lignocellulosique?.
Quels paramètres gouvernent les interactions lignines-enzymes ?Comprendre les paramètres gouvernant la résistance des parois végétales à l’hydrolyse enzymatique et limiter les doses d’enzymes lors du procédé représentent des étapes critiques pour le développement de technologies de production d’éthanol de seconde génération viables économiquement. L’objectif du projet Hémili est de focaliser les recherches sur l’impact de la lignine lors du fractionnement enzymatique de différentes sources végétales lignocellulosiques par des xylanases. L’utilisation des xylanases, biocatalyseurs hydrolysant les xylanes (représentant 20-40 % de la biomasse lignocellulosique) apporterait une plus-value non négligeable pour la production d’éthanol de seconde génération (diminution de la drasticité des prétraitements physico-chimiques de la lignocellulose, valorisation des pentoses). Ces études permettront de lever des verrous cognitifs puisqu’il s’agit de comprendre les mécanismes qui régissent les interactions entre les xylanases et la lignine de la biomasse lignocellulosique. Les retombées de ce projet sont de guider les choix et les améliorations des biocatalyseurs et des biomasses idéales pour la production de bioéthanol de deuxième génération.
Une méthodologie adaptée pour quantifier des interactions entre des lignines hydrophobes insolubles et des enzymes solublesLa stratégie mise en oeuvre est basée sur l’étude des interactions de diverses xylanases (naturelles ou modulées par ingénierie) avec un panel de lignines de complexité variable, afin d’établir si la force de ces interactions dépend de la nature des interactants. Un deuxième volet du projet consiste à réduire les interactions xylanases-lignines par optimisation du milieu réactionnel. Du fait de la forte hydrophobie des lignines, le développement de méthodologies adaptées à l’étude de ces interactions constitue un défi technologique majeur. L’approche choisie est la Résonance Plasmonique de Surface (SPR).
Résumé de la soumission : L’objectif du projet Hémili est de focaliser les recherches sur l’impact de la lignine lors du fractionnement enzymatique de différentes sources végétales lignocellulosiques par des xylanases, biocatalyseurs pouvant apporter une plus-value non négligeable pour la production d’éthanol de seconde génération par voie biologique (diminution de la drasticité des prétraitements physico-chimiques de la lignocellulose, valorisation des pentoses). Ces études permettront de lever des verrous cognitifs concernant les mécanismes qui régissent les interactions entre les xylanases et la lignine. La stratégie mise en oeuvre sera basée sur l’étude des interactions de diverses xylanases en présence d’un large panel de lignines de complexité variable par le biais de méthodologies SPR et ellipsométrie. Un volet du projet consistera à réduire les interactions xylanases-lignines par optimisation du milieu réactionnel (additifs). Au terme du projet, l’impact des scenarii retenus (xylanases, lignocelluloses de contenu et qualité en lignine idéaux, additifs) permettant l’établissement d’interactions réduites voire inexistantes entre les xylanases et la composante lignine de lignocelluloses sera évalué en termes de rendement d’hydrolyse de la cellulose et des xylanes par des cocktails enzymatiques.
Résultats : Un défi méthodologique a été de préparer des couches stables de lignines à la surface de sensors en or utilisés en SPR. Des approches de greffage covalent et de physisorption ont été testées. Deux de ces approches se sont avérées concluantes pour la préparation des couches de lignines, permettant d’évaluer les interactions par SPR avec diverses xylanases dans la phase liquide. L’ensemble des résultats montrent que plusieurs facteurs favorisent ou au contraire limitent les interactions xylanases-lignines : nature des xylanases, composition des lignines, composition du milieu réactionnel.
Perspectives : .
Publications et brevets : Plusieurs actions de valorisation des résultats sont en cours (3 articles en rédaction, plusieurs communications à des congrès internationaux).