Les microalgues transforment le CO₂ en produits chimiques de base utiles
Obtenir des produits chimiques précieux directement à partir du dioxyde de carbone et de la lumière du soleil
Des chercheurs de Saxe mettent au point des usines cellulaires biotechnologiques qui ne nécessitent pas de terres agricoles ni de matières premières fossiles. L'université de technologie de Chemnitz, l'université de Leipzig et le Fraunhofer FEP utilisent des microalgues pour produire, à partir du dioxyde de carbone et de la lumière du soleil, l'important produit chimique de base qu'est le glycolate - un élément constitutif des médicaments, des conservateurs et des polymères qui est actuellement produit à partir de matières premières fossiles partiellement toxiques.
Culture liquide de Chlamydomonas reinhardtii
© Fraunhofer FEP, Finn Hoyer
Le projet de coopération interdisciplinaire PhotoKon pourrait apporter une contribution significative à la bioéconomie régionale en produisant des produits chimiques précieux directement à partir du CO₂ et de la lumière, sans avoir besoin de terres agricoles rares ou de ressources fossiles. Les chercheurs utilisent la microalgue Chlamydomonas reinhardtii, qu'ils optimisent en vue d'une utilisation industrielle à l'aide de nouvelles méthodes de mutation et d'un criblage basé sur l'IA.
Les trois partenaires du projet ont déjà réalisé des progrès significatifs et travaillent avec des approches innovantes. PhotoKon développe les bases scientifiques de l'utilisation des rayonnements ionisants comme nouvelle méthode de culture ciblée et d'optimisation des cellules photosynthétiquement actives.
Le Fraunhofer FEP de Dresde a mis au point une nouvelle méthode de mutation basée sur un rayonnement électronique de faible énergie (< 300 keV). Le professeur Simone Schopf du Fraunhofer FEP souligne : "Des expériences de dosimétrie accompagnées de dosimètres à film commerciaux et de méthodes internes de mesure de la dose nous permettent de contrôler avec précision l'effet mutagène."
L'université de Leipzig a déjà démontré la faisabilité fondamentale de la production photocatalytique de glycolate et développe une méthode de dépistage innovante basée sur le pH. Cette méthode utilise des indicateurs de couleur sur des plaques d'agar, qui changent en fonction de l'excrétion de glycolate par les cellules des algues. Cette approche est basée sur l'observation expérimentale que l'accumulation de glycolate dans le milieu environnant est en corrélation avec une diminution du pH.
L'université de technologie de Chemnitz a réalisé des progrès significatifs dans le domaine du criblage de mutants assisté par des robots, en utilisant l'analyse d'images basée sur l'IA. L'équipe développe des routines de criblage automatisées qui peuvent analyser indépendamment des milliers de colonies d'algues et identifier des mutants prometteurs.
"Cette approche interdisciplinaire nous permet d'utiliser spécifiquement la photorespiration naturelle des algues - qui est normalement un effet secondaire indésirable - pour une production ciblée de glycolate", explique le professeur Severin Sasso de l'université de Leipzig.
Technologie basée sur l'IA et contrôle intelligent des processus
Le criblage et l'isolement des mutants positifs sont effectués à l'aide d'un processus de reconnaissance d'images basé sur l'IA avec des approches d'apprentissage par transfert. En isolant des usines cellulaires prometteuses, il est possible d'étudier la base biologique de l'effet des rayonnements ionisants sur les cellules et de mettre en œuvre la mise à l'échelle dans les bioprocédés techniques.
"Nous visons un processus biologiquement et technologiquement amélioré, qui sera validé à l'échelle du laboratoire dans le nouveau laboratoire d'agriculture en milieu contrôlé de l'Université de technologie de Chemnitz", rapporte le Dr Felix Krujatz. Grâce à une technologie de contrôle intelligente pour la production efficace de glycolate à l'échelle du laboratoire, la technologie PhotoKon ouvre la voie à une conversion durable et biologique du CO2 en produit chimique de base.
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