Étude de métabolisme de Corynebacterium glutamicum au cours de procédés aéro-anaérobies et ses applications en génie métabolique

Study of Corynebacterium glutamicum metabolism during aero-anaerobic processes and its applications in metabolic engineering

• Auteur / Autrice : Hoang Bao Truc Khuat
• Direction : Joseph Boudrant, Emmanuel Guedon, Stéphane Delaunay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés biotechnologiques et alimentaires
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Nelly Cochet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kim Anh To
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nelly Cochet, Francis Duchiron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acides dicarboxyliques

Biotransformation (métabolisme)

Alcool

Lactate

Anaérobiose

Biotechnologie

Corynebacterium glutamicum

Mots clés libres

Corynebacterium glutamicum

Anaérobiose

Lactate

Éthanol

Itaconate

Corynebacterium glutamicum

Anaerobic condition

Lactate

Ethanol

Itaconate

Résumé

L'objectif de cette thèse est l'étude du métabolisme de Corynebacterium glutamicum, et de ses potentialités, au cours de procédés aéro-anaérobies. Après une première phase avec apport d'oxygène pour permettre la croissance bactérienne, une phase anaérobie est induite par arrêt de l'aération et réduction de la vitesse d'agitation. Dans ces conditions, le lactate est le principal métabolite produit. La synthèse de ce dernier a été améliorée en jouant, essentiellement, sur le moment de la transition entre les 2 phases. C. glutamicum 2262 peut ainsi produire 27 g/l de lactate en mode discontinu et 55 g/l en mode semi-continu, suite à un arrêt de l'aération lorsque la concentration en biomasse est d'environ 2,6 g/l. Afin d'exploiter la voie de synthèse d'acide lactique chez C. glutamicum pour la production d'éthanol, les gènes PDC et ADH de Zymomonas mobilis ont été exprimés sous le contrôle du promoteur ldhA endogène de C. glutamicum 2262 et d'une souche de C. glutamicum 2262 sans ldhA. Bien que les productivités en éthanol de ces souches aient été relativement faibles, la suppression de ldhA a entraîné des augmentations de la concentration en éthanol d'environ 15 fois. Une stratégie similaire a été utilisée pour la production d'itaconate. Comme dans le cas de l'éthanol, la concentration en itaconate obtenue est demeurée très faible malgré des essais d'amélioration du procédé de mise en oeuvre de la souche productrice d'itaconate

The objective of this work is the study of Corynebacterium glutamicum metabolism, and of its potentialities, during an aero-anaerobic process. After a first phase during which the oxygen was supplied to favor the bacterial growth, the anaerobic phase was induced by the stopping of the oxygen supply and the decreasing of the agitation speed. In these culture conditions, lactate was the main metabolite produced. The production of this organic acid has been increased by modifying the transition time between the aerobic and the anaerobic phases. C. glutamicum 2262 was able to produce up to 27 g/l lactate during a batch process and up to 55 g/l during a fed batch process. To exploit the lactic acid synthesis pathway of C. glutamicum for ethanol production, the PDC and ADH genes from Zymomonas mobilis were expressed under the control of the endogenous promoter of ldhA, in the wild-type strain and in a ldhA-disrupted strain of C. glutamicum 2262. Although the ethanol productivities of these engineered strains were relatively low, the depletion of ldhA resulted in the increases of ethanol final concentration up to 15 times. A similar strategy was applied for the production of itaconate. As previously for the ethanol production, the final concentration of itaconate remained very low despite of some modifications of the process