Etude de la synthèse du resvératrol et de ses dérivés (viniférines) par des suspensions de cellules de vigne et optimisation de la production en bioréacteur

Resveratrol and viniferin synthesis by grapevine cell cultures

• Auteur / Autrice : Thomas Chastang
• Direction : Dominique Pareau, Christophe Clément, Behnam Taidi, Eric Courot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 24/03/2014
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Châtenay-Malabry, Hauts de Seine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Perré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Pareau, Christophe Clément, Behnam Taidi, Eric Courot, Florent Allais, Michèle Boitel-Conti, Eric Marchioni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florent Allais, Michèle Boitel-Conti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie végétale

Resvératrol

Vigne

Mots clés libres

Vigne

Resvératrol

Mécanismes de défense des plantes

Grapevine

Resveratrol

Plant defence

Résumé

Le travail effectué au cours de cette thèse a permis une avancée importante dans la connaissance de l’élicitation des cellules de vigne. Nous avons étudié les effets de deux éliciteurs, le méthyljasmonate et la méthyl-β-cyclodextrine, employés seuls et en élicitation croisée sur des suspensions de cellules de vigne (porte-greffe 41B et Vitis labrusca), pour la production de stilbènes (resvératrol et viniférines). Ceci a permis d’atteindre des concentrations de resvératrol très élevées pour un métabolite secondaire et les relations entre la concentration d’éliciteur, la biomasse à l’inoculum et la durée de l’élicitation ont été étudiées. D’autre part, le travail a également porté sur le changement d’échelle quant à la culture cellulaire et son élicitation et sur le suivi de plusieurs phénomènes et paramètres (croissance cellulaire, consommation des sucres, production du resvératrol, suivi du taux d’oxygène dissous et du pH). Des essais en bioréacteur clos de 5L ont ainsi abouti à une production significative de resvératrol à cette échelle et ont permis l’élaboration de modèles cinétiques rendant compte de la croissance de la biomasse et de la production du resvératrol. Un autre aspect de l’étude s’est intéressé à la localisation intracellulaire de la synthèse du resvératrol. Les résultats obtenus par microscopie confocale ont confirmé que le resvératrol s’accumulait majoritairement dans la paroi de la cellule et dans des vésicules cytoplasmiques (organites sphériques présents à proximité de la paroi), avant d’être excrété dans le milieu de culture. Enfin, une démarche a été initiée en vue de la production d’autres métabolites à partir du resvératrol notamment l’ε-viniférine.

The work presented here addressed two main subjects, namely that of grapevine cells elicitation for the production of stilbenes (resveratrol and viniferins) and the scale up of such culture in bioreactors. Shake-flask cultures of grapevine (rootstock 41B and Vitis labrusca) were elicited with methyl jasmonate or methyl-β-cyclodextrin, alone or in combination. This resulted in a significant accumulation of resveratrol in the medium. The relationship between the production of resveratrol and factors such as the elicitor concentration, inoculation rate and the duration of elicitation phase were studied. The second part of this work was concerned with scale up of the culture from shake-flask to 5 L bioreactor. Several parameters were monitored such as cell growth, sugars consumption, resveratrol production, dissolved oxygen concentration and pH. Kinetic models explaining growth and resveratrol production were developed using the results from three bioreactor batches. Preliminary work was performed to initiate the study of metabolites related to resveratrol such as ε-viniferin. The study also completed previous work that looked at the localisation of resveratrol synthesis within the cells using confocal microscopy. The results confirmed that resveratrol was accumulated mainly in the cell wall and in the cytoplasmic vesicles before being excreted/secreted into the culture medium.