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Des chercheurs de l'Université de Newcastle, au Royaume-Uni, ont conçu des bactéries Escherichia coli pour capturer le dioxyde de carbone (CO2) en utilisant de l'hydrogène gazeux (H2) pour le convertir en acide formique. L’étude, publiée dans Applied and Environmental Microbiology, soulève la possibilité de convertir le CO2 atmosphérique en produits chimiques de base.
Normalement, une enzyme chez E. coli catalyse l'inverse de cette réaction : la production de H2 et de CO2 à partir d'acide formique. Dans la nature, ce dernier est surtout connu comme un type de composé du vinaigre utilisé par les fourmis pour éloigner les prédateurs (Formic vient du latin «formica», qui signifie fourmi.)
Pour inverser la réaction normale chez E. coli, les chercheurs ont fait en sorte que les bactéries remplacent le molybdène, un métal qui est normalement un élément essentiel de l'enzyme, par du tungstène, en faisant croître les bactéries en excès de ce dernier. «C'est assez facile à faire car E. coli ne peut pas facilement faire la différence entre les deux», a dit le chercheur principal Frank Sargent.
«L'échange de tungstène contre du molybdène a modifié les propriétés de notre enzyme de sorte qu'elle était verrouillée en mode de capture de CO2 plutôt que de pouvoir basculer entre la capture de CO2 et la production de CO2», a dit le Dr Sargent.
Les chercheurs ont utilisé un bioréacteur pressurisé spécial rempli de H2 et de CO2 pour rendre les gaz disponibles pour les microbes. «Cela a fonctionné - les bactéries pouvaient se développer sous la pression du gaz et générer de l'acide formique à partir du CO2», a dit le Dr Sargent.
Le Dr Sargent a développé l'idée en lisant sur l'émergence de la vie sur Terre, à la fois dans la littérature primaire et les livres de vulgarisation scientifique, a-t-il dit. Il y a trois milliards et demi d'années, il n'y avait pas d'oxygène dans l'atmosphère, mais il y avait des niveaux élevés de CO2 et de H2, et la vie cellulaire avait commencé à évoluer à 10 000 mètres sous la surface de l'océan.
À l'époque, ces composés auraient dû être convertis en glucides dont dépend toute vie. Cela aurait pu être accompli par une enzyme «comme celle que nous avons trouvée chez E. coli, hydrogénant le dioxyde de carbone en un acide organique», a dit le Dr Sargent. «Nous voulions essayer cela en laboratoire.»
«Partout dans le monde, des sociétés comprennent l'importance de lutter contre le changement climatique, de développer des sources d'énergie durables et de réduire les déchets», a dit le Dr Sargent. «La réduction des émissions de CO2 nécessitera un ensemble de solutions différentes. La biologie et la microbiologie offrent des options intéressantes.»
«L'objectif ultime serait de capturer le CO2 gaspillé à l'aide d'hydrogène gazeux renouvelable à partir de biohydrogène - comme dans cette étude - ou d'électrolyse alimentée par de l'électricité renouvelable, et de le convertir en acide formique», a dit le Dr Sargent. «La clé est qu'un microbe utilise le formiate comme seule source de carbone. Ensuite, nous pouvons fabriquer du carburant, du plastique ou des produits chimiques. C'est la vision d'une bioéconomie véritablement cyclique où le CO2 est constamment produit, capturé et renvoyé sur le marché.»
