Impact du dioxyde de carbone sur la levure Saccharomyces cerevisiae : caractérisation du transfert liquide/gaz et implications sur les métabolismes énergétiques
Auteur / Autrice : | Lannig Richard |
Direction : | Jean-Louis Uribelarrea |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Ingénierie Microbienne et Enzymatique |
Date : | Soutenance le 12/12/2014 |
Etablissement(s) : | Toulouse, INSA |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire d'ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (Toulouse) - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés [LISBP] |
Jury : | Président / Présidente : Stephane Guillouet |
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Louis Uribelarrea, Caroline Gentric | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Devin, Claude-Gilles Dussap |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
L’objectif de ce travail est l’étude de l’impact du dioxyde de carbone (CO2) sur la physiologie et le métabolisme de la levure Saccharomyces cerevisiae, en particulier son impact sur le catabolisme oxydatif du glucose et son rôle dans le déclenchement de la transition respiro-fermentaire. Le CO2 est au coeur des interactions entre phénomènes biologiques et phénomènes physiques de transfert existant au sein d’un réacteur biologique. La compréhension de son impact sur la physiologie de la levure nécessite la connaissance de sa concentration en phase liquide et donc la maitrise des phénomènes de transfert interphasiques.Le transfert liquide / gaz du CO2 en fermenteur a été étudié par une approche couplant modélisation et expérimentation avec un effort particulier sur l’analyse intégrée des phénomènes biologiques et de transfert. En comparaison avec les hypothèses de transfert généralement admises une sursaturation du moût en CO2 dissous dans le moût a été observée lors de cultures de S.cerevisiae et attribuée à l‘existence d’une distribution asymétrique de tailles de bulles de la phase dispersée. Il a été démontré que le transfert liquide / gaz du CO2 lors d’une culture microbienne intensive ne peut être décrit par analogie avec le transfert gaz / liquide de l’oxygène et que la connaissance de la concentration en CO2 dissous ne peut être réalisée que par sa mesure directe.L’impact du CO2 sur le métabolisme oxydatif de la levure a été investigué par le suivi de la réponse dynamique de la réponse à différents incréments mesurés de la concentration en CO2 dissous en culture continue. Cette réponse est constituée d’une réponse transitoire et intense et d’une réponse à long-terme plus modérée Elle se caractérise par l’impact du CO2 sur l’énergétique cellulaire en augmentant la génération et la dissipation d’énergie ce qui est traduit à court-terme par une augmentation transitoire de +24 à +37 % des vitesses spécifiques de respiration lors d’échelons de la concentration en CO2 dissous de +2.96 et +5.29 mM et à long-terme par une diminution de 18% YATP de % lorsque la concentration en CO2 dissous augmente de 1.6 mM à 17 mM. L’effet du CO2 sur la transition respiro-fermentaire a été étudié en culture de type accélérostat en présence d’une concentration élevée en CO2 dissous. Dans ces conditions, la bascule vers le métabolisme réductif est obtenue pour un taux de croissance (0.122 h-1) et des vitesses spécifiques de respiration (5.2 mmoleO2.gX-1.h-1) inférieurs aux valeurs obtenues avec un accélérostat sans apport exogène de CO2 (0.256h-1 et 8.65 mmoleO2.gX-1.h-1) respectivement. Cette modification du métabolisme n’a pu être corrélée directement à un déficit de potentiel énergétique oxydatif et semble probablement liée à une perte de flexibilité d’adaptation à la dynamique de variation de l’environnement.