Etude d'un écosystème bactérien synthétique anaérobie producteur d'hydrogène : Impact des interactions bactérie-bactérie sur le métabolisme

• Auteur / Autrice : Saida Benomar
• Direction : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 07/12/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Chantal Tardif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Thérèse Giudici-Orticoni, Chantal Tardif, Alain Filloux, Christian Larroche, Jean-Philippe Steyer, Eric Trably
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Alain Filloux, Christian Larroche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioénergétique

Énergies renouvelables

Ressources énergétiques

Hydrogène

Clostridium

Mots clés libres

Communauté microbienne

Bioénergie et hydrogène

Microbiologie

Interaction cell-cell

Anaérobie

Biofilm

Microbial community

Bioenergy and hydrogen

Microbiology

Cell-cell interaction

Anaerobic

Biofilm

Résumé

Un grand nombre d'espèces microbiennes, issues d'environnements divers et présentant une large gamme de métabolismes différents, peuvent produire de l'hydrogène par voie fermentaire. Jusqu'à présent, les études ont principalement porté sur l'utilisation de cultures microbiennes pures, voire génétiquement modifiées, en vue d'optimiser la production de biohydrogène à partir de sucres simples ou peu complexes. Les efforts de recherche portent désormais sur l'utilisation de cultures microbiennes mixtes pour produire du biohydrogène à partir de sources organiques plus complexes issus par exemple du traitement de la biomasse. Toutefois, la présence de voies métaboliques alternatives tout comme l'instabilité du processus biologique constitue des verrous scientifiques et techniques qu'il conviendra de lever pour une application potentielle. Ceci nécessite entre autre une meilleur connaissance des interactions bactériennes et donc métaboliques présentent au sein du consortium.Pour cela, nous avons développé une approche innovante et pluridisciplinaire d'ingénierie écologique qui consiste en la conception, la construction et l'étude d'un consortium microbien synthétique afin d'établir les paramètres régissant les réseaux d'interactions métaboliques avec pour objectif d'optimiser la production d'hydrogène. Dans un premier temps nous avons choisit d'étudier les réseaux d'interactions métaboliques entre deux souches modèles connues comme partie prenante d'un consortium bactérien naturel, une bactérie du genre Clostridie et une du genre Desulfovibrio, la première étant productrice d'hydrogène par fermentation

Numerous microorganisms can produce hydrogen by “dark fermentation”. Isolated from various environments, they present a broad range of different metabolisms. Until now, literature reports have mainly dealt with the use of pure microbial cultures producing biohydrogen from simple sugars, such as glucose and sucrose. More recently, studies on biohydrogen production by mixed cultures from complex organic sources have been developed. Even though biohydrogen productivities and conversion yields can be interesting for industrial purposes, several scientific and technical constraints remain to be addressed. In particular, the presence of alternative metabolic ways of hydrogen consumption generally results in chronic instability of the biological processes. To increase the stability and the efficiency of dark fermentative processes, it is now necessary to acquire a better understanding of the metabolic interaction networks existing between producing and consuming microorganisms.We have developed an innovative and multidisciplinary approach to ecological engineering, which consists of the construction and study of synthetic microbial consortia to establish the metabolic networks existing between microorganisms for further optimization of biohydrogen production. First we have studied the networks of metabolic interactions between two bacterial models known as involved in a natural bacterial consortium: a bacterium from Clostridium genus; Clostridium acetobutylicum and one from Desulfovibrio genus, Desulfovibrio vulgaris Hildenborough. The first one being producing of hydrogen by fermentation of complex sugars and the second