Ingénierie génétique de la levure oléagineuse Yarrowia Lipolytica pour la production de lipides

Genetic engineering of the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica for lipid production

• Auteur / Autrice : Athanasios Beopoulos
• Direction : Jean-Marc Nicaud, Thierry Chardot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : AgroParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acides gras

Génie génétique

Lipides -- Métabolisme

Mots clés libres

Triacyglycérols

Yarrowia lipolytica

Accumulation lipidique

Résumé

En français : Yarrowia lipolytica est une levure oléagineuse qui possède un remarquable potentiel de croissance et d'accumulation de lipides dans des milieux hydrophobes. Au cours de cette étude nous avons approfondi nos connaissances du métabolisme lipidique chez cette levure en mettant l'accent sur la capacité d'accumulation et de dégradation des lipides, la régulation et les interactions des différentes voies métaboliques. L'étude des enzymes du métabolisme des microorganismes oléagineux et de leurs particularités fonctionnelles, en comparaison avec celles des microorganismes non oléagineux, a permis de se focaliser sur des enzymes candidates pour être impliquées dans le caractère oléagineux. L'objectif de cette étude est de combiner les connaissances physiologiques sur cette levure avec les outils génétiques existants afin d'utiliser Y. Lipolytica comme une usine cellulaire pour la production de grandes quantités de lipides ayant un intérêt industriel. Afin de rediriger les flux de carbone vers la synthèse de lipides, le gène GUT2, qui code l'un de deux isomères de la glycérol-3-phosphate déshydrogénase, ainsi que la voie de la β-oxydation ont été invalidés chez Y. Lipolytica, conduisant à une forte augmentation de l'accumulation des lipides. Afin d'identifier l'étape limitante de la synthèse des TAG et de construire des souches aux profils lipidiques modifiés nous avons joué sur le niveau d'expression des acyltransférases et des désaturases. La contribution relative des acyltransférases dépend de la phase de croissance et leurs affinités vis-à-vis des substrats donneurs d'acyle sont complémentaires. La modification des désaturases a permis d'accumuler des acides gras spécifiques, démontrant ainsi qu'il est possible de moduler le profil des lipides accumulés chez Y. Lipolytica. Cette étude nous a permis de construire des souches hyperaccumulatrices aux profils lipidiques tels qu'ils permettront de leur trouver des applications biotechnologiques dans la filière des biocarburants ou dans l'industrie oléochimique en tant qu'unités alternatives pour la production de substrats spécifiques.

En anglais : Yarrowia lipolytica is an oleaginous yeast with a remarkable potential for growth and lipid accumulation in hydrophobic environments. In this study we have expanded our knowledge of lipid metabolism in this yeast with an emphasis on lipid accumulation and degradation capacity, and the regulation and interaction of the different metabolic pathways. The study of metabolic enzymes in oleaginous microorganisms and their functional specifications in comparison with the non-oleaginous microorganisms has led us to focus on the enzymes potentially conferring the oleaginous character. The objective of this study is to combine the knowledge of yeast's physiology with the existing genetic tools to use Y. Lipolytica as a cell factory for the production of large amounts of lipids with an industrial interest. In order to redirect carbon flux towards lipid synthesis, the GUT2 gene coding for a glycerol-3-phosphate dehydrogenase isomer and the β-oxidation pathway were invalidated in Y. Lipolytica leading to a strong increase of lipid accumulation. As to identify the limiting step of TAG synthesis and to construct strains with altered lipid profiles, we have modified the expression level of acyltransferases and desaturases. The relative contribution of acyltransferases depends on the growth phase and their affinity towards the acylation substrate is complementary. The modification of desaturases allowed the accumulation of specific fatty acids, thus demonstrating the possibility of modulating lipid profile in Y. Lipolytica. This study has enabled us to construct hyper accumulative strains with added-value lipid profiles that could find biotechnological applications in the energy (biodiesel) field or in the oleochemical industry as alternative units for specific substrate production.