Voici quelques exemples de biotechnologie enzymatique que vous pourriez utiliser chaque jour dans votre propre maison. Dans de nombreux cas, les procédés commerciaux ont d'abord exploité des enzymes naturelles. Cependant, cela ne signifie pas que les enzymes utilisées étaient aussi efficaces qu'elles pourraient l'être.
Avec le temps, la recherche et l'amélioration des méthodes d'ingénierie des protéines, de nombreuses enzymes ont été génétiquement modifiées. Ces modifications leur permettent d'être plus efficaces aux températures, au pH ou à d'autres conditions de fabrication souhaités généralement inadaptés à l'activité enzymatique (par exemple, des produits chimiques agressifs). Ils sont également plus applicables et efficaces pour les applications industrielles ou domestiques.
Suppression des collants
Les enzymes sont utilisés par l'industrie des pâtes et papiers pour l'élimination des «collants» - les colles, adhésifs et revêtements qui sont introduits dans la pâte lors du recyclage du papier. Les collants sont des matières organiques collantes, hydrophobes et pliables qui non seulement réduisent la qualité du produit papier final, mais peuvent obstruer les machines de la papeterie et entraîner des heures d'arrêt.
Les méthodes chimiques d'élimination des collants n'ont pas toujours été satisfaisantes à 100%. Les collants sont maintenus ensemble par des liaisons esters et l'utilisation d'enzymes estérases dans la pâte a considérablement amélioré leur élimination.
Les estérases coupent les collants en composés plus petits et plus solubles dans l'eau, facilitant leur élimination de la pulpe. Depuis le début de la moitié de cette décennie, les estérases sont devenues une approche courante pour contrôler les collants.
Détergents
Les enzymes sont utilisées dans de nombreux types de détergents depuis plus de 30 ans depuis leur introduction par Novozymes. L'utilisation traditionnelle d'enzymes dans les détergents à lessive impliquait celles qui dégradent les protéines causant des taches, telles que celles trouvées dans les taches d'herbe, le vin rouge et la terre. Les lipases sont une autre classe utile d'enzymes qui peuvent être utilisées pour dissoudre les taches de graisse et nettoyer les pièges à graisse ou d'autres applications de nettoyage à base de graisse.
Actuellement, un domaine de recherche populaire est l'étude des enzymes qui peuvent tolérer, ou même avoir des activités plus élevées, à des températures chaudes et froides. La recherche d'enzymes thermotolérantes et cryotolérantes s'est répandue dans le monde entier. Ces enzymes sont particulièrement souhaitables pour améliorer les procédés de blanchisserie dans les cycles à eau chaude et / ou à basses températures pour laver les couleurs et les sombres.
Ils sont également utiles pour les processus industriels où des températures élevées sont nécessaires, ou pour la biorestauration dans des conditions difficiles (par exemple, dans l'Arctique). Des enzymes recombinantes (protéines modifiées) sont recherchées en utilisant différentes technologies d'ADN telles que la mutagenèse dirigée et le remaniement de l'ADN.
Textiles
Les enzymes sont maintenant largement utilisées pour préparer les tissus dont sont faits les vêtements, les meubles et autres articles ménagers. La demande croissante de réduction de la pollution causée par l'industrie textile a alimenté la biotechnologie des avancées qui ont remplacé les produits chimiques agressifs par des enzymes dans presque toutes les industries textiles processus.
Les enzymes sont utilisées pour améliorer la préparation du coton pour le tissage, réduire les impuretés, minimiser les «tiraillements» dans le tissu ou comme prétraitement avant la teinture pour réduire le temps de rinçage et améliorer la qualité des couleurs.
Toutes ces étapes non seulement rendent le processus moins toxique et écologique, mais réduisent les coûts associés au processus de production; et réduire la consommation de ressources naturelles (eau, électricité, carburants) tout en améliorant la qualité du produit textile final.
Aliments et boissons
C'est l'application domestique de la technologie enzymatique que la plupart des gens connaissent déjà. Historiquement, les humains utilisent des enzymes depuis des siècles, en les premières pratiques biotechnologiques, pour produire des aliments, sans vraiment le savoir.
Dans le passé, il était possible avec moins de technologie de faire du vin, de la bière, du vinaigre et des fromages, car les enzymes présentes dans la levure et les bactéries présentes le permettaient.
La biotechnologie a permis d'isoler et de caractériser les enzymes spécifiques responsables de ces processus. Il a permis le développement de souches spécialisées pour des usages spécifiques qui améliorent la saveur et la qualité de chaque produit.
Réduction des coûts et sucre
Les enzymes peuvent également être utilisées pour rendre le processus moins cher et plus prévisible, de sorte qu'un produit de qualité est assuré avec chaque lot brassé. D'autres enzymes réduisent le temps nécessaire au vieillissement, aident à clarifier ou à stabiliser le produit ou aident à contrôler les teneurs en alcool et en sucre.
Pendant des années, des enzymes ont été utilisées pour transformer l'amidon en sucre. Les sirops de maïs et de blé sont utilisés dans toute l'industrie alimentaire comme édulcorants. En utilisant la technologie enzymatique, la production de ces édulcorants peut être moins coûteuse que l'utilisation de sucre de canne à sucre. Les enzymes ont été développées et améliorées à l'aide de méthodes biotechnologiques à chaque étape du processus de production alimentaire.
Cuir
Dans le passé, le processus de tannage des peaux en cuir utilisable impliquait l'utilisation de nombreux produits chimiques nocifs. La technologie enzymatique a progressé de telle sorte que certains de ces produits chimiques peuvent être remplacés tout en augmentant la vitesse et l'efficacité du processus.
Les enzymes peuvent être appliquées dans les premières étapes où la graisse et les poils sont retirés des peaux. Ils sont également utilisés lors du nettoyage, de l'élimination de la kératine et des pigments, et pour améliorer la douceur de la peau. Le cuir est également stabilisé pendant le processus de tannage pour éviter qu'il ne pourrisse lors de l'utilisation de certaines enzymes.
Plastique biodégradable
Les plastiques fabriqués selon des méthodes traditionnelles proviennent de ressources d'hydrocarbures non renouvelables. Ils sont constitués de longues molécules de polymère qui sont étroitement liées les unes aux autres et ne peuvent pas être facilement décomposées par des micro-organismes en décomposition.
Plastiques biodégradables peuvent être fabriqués à partir de polymères végétaux de blé, de maïs ou de pommes de terre, et sont constitués de polymères plus courts et plus facilement dégradés. Comme les plastiques biodégradables sont plus solubles dans l'eau, de nombreux produits actuels qui les contiennent sont un mélange de polymères biodégradables et non dégradables.
Certaines bactéries peuvent produire des granules de plastique dans leurs cellules. Les gènes des enzymes impliquées dans ce processus ont été clones dans des plantes capables de produire les granules dans leurs feuilles. Le coût des plastiques d'origine végétale limite leur utilisation et ils n'ont pas été largement acceptés par les consommateurs.
Bioéthanol
Le bioéthanol est un biocarburant qui a déjà été largement acceptée par le public. Vous utilisez peut-être déjà du bioéthanol lorsque vous ajoutez du carburant à votre véhicule. Le bioéthanol peut être produit à partir de matières végétales amylacées en utilisant des enzymes capables d'effectuer efficacement la conversion.
À l'heure actuelle, le maïs est une source d'amidon largement utilisée; cependant, l'intérêt croissant pour le bioéthanol suscite des inquiétudes, car les prix du maïs augmentent et le maïs en tant que source alimentaire est menacé. D'autres plantes telles que le blé, le bambou ou des types de graminées sont des sources potentielles d'amidon pour la production de bioéthanol.
Limitations enzymatiques
En tant qu'enzymes, ils ont leurs limites. Ils ne sont généralement efficaces qu'à une température et un pH modérés. De plus, certaines estérases peuvent n'être efficaces que contre certains types d'esters, et la présence d'autres produits chimiques dans la pulpe peut inhiber leur activité.
Les scientifiques sont toujours à la recherche de nouvelles enzymes et de modifications génétiques des enzymes existantes; pour élargir leurs plages de températures et de pH efficaces et leurs capacités de substrat.
Quelques réflexions en conclusion
Pour ce qui est des émissions de gaz à effet de serre, on se demande si le coût de fabrication et d’utilisation du bioéthanol est inférieur à celui du raffinage et de la combustion des combustibles fossiles. La production de bioéthanol (culture, transport, fabrication) nécessite toujours un apport important de ressources non renouvelables.
Biotechnologie et les enzymes ont beaucoup changé le fonctionnement du monde et la manière dont la pollution humaine est atténuée. À l'heure actuelle, il reste à voir comment les enzymes continueront d'affecter la vie quotidienne; cependant, si le présent est une indication, il est probable que les enzymes puissent continuer à être utilisées pour des changements positifs dans notre mode de vie.