Que sont les bactéries Clostridium acetobutylicum ?
Clostridium acetobutylicum est une bactérie gram-positif qui provient du genre des clostridies. Comme la bactérie est capable de produire du butanol et de l'acétone grâce aux enzymes (par fermentation), elle a une importance biotechnologique particulière . Les bactéries C. acetobutylicum se trouvent principalement dans les sédiments des eaux, les sols, mais aussi dans de nombreux autres habitats . Chez de nombreux organismes, la bactérie C. acetobutylicum peut également être détectée dans la flore intestinale. Comme beaucoup de clostéridies, la bactérie est donc considérée comme ubiquitaire, c'est-à-dire qu'elle est supposée être présente partout.
Quelles sont les caractéristiques de la bactérie Clostridium acetobutylicum ?
Clostridium acetobutylicum est une bactérie gram-positive, composée de un chromosome circulaire et un plasmide circulaire. En tant que bactérie anaérobie , le Clostridium acetobutylicum a besoin d'une base sans oxygène pour former des cellules reproductrices . Dans des conditions aérobies , la bactérie est capable de former des endospores après seulement quelques heures. Celles-ci peuvent même persister plusieurs années dans substrats riches en oxygène. Dans des conditions anaérobies , elles sont alors capables de former des endospores. Appartenant au genre des Clostridium, la bactérie peut se déplacer activement grâce à ses flagelles et est considérée comme ubiquitaire. La bactérie Clostridium acetobutylicum est capable de décomposer les sucres (saccharolytique) et de fabriquer différents produits de valeur commerciale . Il s'agit principalement de l'acétone, du butanol et de l'éthanol .
Quand la bactérie Clostridium acetobutylicum a-t-elle été isolée pour la première fois ?
La bactérie a été isolée pour la première fois entre 1912 et 1914 par Chaim Weizmann. Pour ce faire, Weizmann a cultivé la bactérie Clostridium acetobutylicum selon un processus qu'il a appelé la méthode ABE. Cette méthode devait lui servir principalement à produire les substances acétone, butanol et éthanol. Pendant la Première Guerre mondiale, ces produits ont été utilisés pour la production de TNT, mais aussi pour la production de poudre à canon. C'est surtout dans les années 1950 que la méthode ABE s'est largement répandue. Actuellement, en raison de la crise des combustibles fossiles, des recherches sont menées sur l'utilisation de la méthode ABE afin de mettre en évidence de nouveaux procédés pétrochimiques.
Quel est le danger du Clostridium acetobutylicum ?
La bactérie Clostridium acetobutylicum est totalement inoffensive pour les plantes et pour les animaux. Bien que la bactérie ait été détectée dans le gros intestin humain , on ne peut pas dire qu'elle fasse partie de la flore humaine normale . Cependant, elle ne semble pas être toxique pour les mammifères , à moins qu'elle ne soit présente en quantités énormes .
Comment les bactéries Clostridium acetobutylicum sont-elles utilisées dans la biotechnologie ?
Depuis le 20ème siècle, les bactéries Clostridium acetobutylicum jouent un rôle important dans la biotechnologie. L'acétone qui peut être obtenue par les bactéries est nécessaire pour la fabrication du caoutchouc synthétique . L'université de Manchester a embauché Chaim Weizmann pour travailler sur la fermentation, c'est-à-dire la transformation microbienne des matières organiques par des champignons et des bactéries probiotiques. Pendant son travail entre 1912 et 1914, Weizmann a réussi à isoler plusieurs souches de dont le Clostridium acetobutylicum, grâce à sa méthode dite ABE. Par rapport aux méthodes de fermentation connues jusqu'à présent, la méthode ABE de Weizmann présentait l'avantage d'augmenter l'efficacité.
La demande d'acétone a explosé suite au déclenchement de la Première Guerre mondiale . Entre autres , elle a été utilisée pour la fabrication de la poudre à canon sans fumée (cordite). A la fin de la Première Guerre mondiale, n'avait plus guère besoin d'acétone, mais le butanol était désormais demandé comme solvant par la production de peintures pour l'industrie automobile. Le butanol était jusqu'alors un déchet issu de la production d'acétone . Lorsque l'industrie automobile s'est développée dans les années 1920, , la demande en butanol a également augmenté.
Lorsque l'industrie pétrolière s'est développée à une vitesse incroyable à la fin des années 1950 et dans les années 1960, et que le prix de la fermentation a augmenté en même temps, la méthode ABE inventée par Weizmann ne pouvait pas rivaliser avec la production pétrochimique . Jusqu'en 1957, la plupart des usines de fermentation ont été fermées. Cependant, comme le prix du pétrole n'a cessé d'augmenter depuis, il y a maintenant des tentatives de reconsidérer la fermentation pour la production de solvants industriels.
État actuel de la recherche autour de Clostridium acetobutylicum
Le butanol en particulier, mais aussi l'éthanol en tant que produits de fermentation de Clostridium acetobutylicum, ont été particulièrement étudiés ces dernières années en tant que source de carburant alternative possible pour les automobiles. L'avantage du butanol par rapport à l'éthanol est qu'il émet moins d'émissions , mais qu'il est aussi plus efficace. Une étude réalisée en 2006 sur le site proposait la fermentation du butanol par un nouveau procédé breveté et voulait ainsi remplacer la méthode ABE utilisée jusqu'à présent. La nouvelle méthode de production implique l'utilisation de fibres de maïs (notamment le xylème) pour remplacer C. acetobutylicum comme substrat et produire ainsi du butanol à moindre coût. L'avantage est également , car les fibres de maïs sont un sous-produit de nombreux processus agricoles et constituent donc une source de substrat riche .
Outre la production de butanol , C. acetobutylicum est également au centre de l'intérêt de la recherche pour la production de gaz hydrogène comme source d'énergie alternative . Le gaz hydrogène ne dispose pas seulement d'une grande quantité d'énergie, mais pourrait aussi être extrêmement utile comme alternative à l'essence , d'autant plus qu'il ne produit pas de dioxyde de carbone ni de gaz à effet de serre . Actuellement, la plupart des gaz d'hydrogène sont produits à partir de sources non renouvelables, c'est pourquoi une méthode de production alternative par des processus de fermentation serait extrêmement précieuse. Les recherches les plus récentes sur Clostridium acetobutylicum portent donc sur différents processus de fermentation afin d'étudier une meilleure production de gaz hydrogène. Jusqu'à présent, un réacteur à lit fluidisé a été présenté comme possibilité de production. Le réacteur à lit fluidisé utilise le glucose comme substrat, mais produit jusqu'à présent peu d'hydrogène gazeux pour pouvoir l'utiliser à des fins industrielles . Cependant, si la méthode est perfectionnée, peut être considéré comme un moyen de production possible pour l'avenir .