Croissance et accumulation lipidique de Rhodotorula glutinis (rhodosporidium toruloides) sur glucose, xylose et glycérol : vers la valorisation des coproduits agricoles et industriels pour la production de lipides à usages énergétiques

Growth and lipid accumulation of the yeast Rhodotorula glutinis (Rhodosporidium toruloides) from glucose, xylose and glycerol : owards agricultural and industrial byproduct utilization for lipid production for energy use

• Auteur / Autrice : Maud Babau
• Direction : Carole Molina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Microbienne et Enzymatique
• Date : Soutenance le 15/07/2015
• 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 : Jean-Louis Uribelarrea
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Molina, Yohan Allouche, Estelle Grousseau, Carole Jouve-Molina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stephane Delaunay, Jack Legrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

biosynthèse

Lipides d'organismes unicellulaires

Croissance

Levure (agent de fermentation)

Biocarburants

Mots clés libres

Rhodotorula glutinis

Xylose

Glycérol

Limitation azote

Fed-batch

Bioprocédé

Biocarburants aéronautiques

Co-substrats

Lipides

Croissance

Levure

Rhodosporidium toruloides

Rhodotorula glutinis

Rhodosporidium toruloides

Yeast

Growth

Lipid accumulation

Xylose

Glycerol

Nitrogen limitation

Fed-batch

Bioprocess

Biofuel

Résumé

Rhodotorula glutinis (Rhodosporidium toruloides) est une levure oléagineuse dont les fortes capacités d’accumulation lipidique à partir de glucose comme source carbonée ont fait de la souche un modèle d’étude. La capacité de cette levure à utiliser le glycérol ou le xylose en simple ou co-substrat avec le glucose est toutefois encore peu explorée. De l’analyse des travaux antérieurs il a été possible de dégager les verrous scientifiques qui nécessitent une amélioration des connaissances du comportement physiologique de cette levure pour la conversion des substrats cités. Des stratégies expérimentales adaptées à la quantification rationnelle des dynamiques de Rhodotorula glutinis en conditions de croissance et accumulation lipidique à partir de xylose et de glycérol en simple ou co-substrats avec le glucose ont été développées. Des résultats originaux ont été obtenus dont :- la mise en évidence des potentialités de co-consommation des substrats xylose et glucose ou glycérol et glucose sans accumulation de substrat ni production de métabolites en conditions contrôlées des flux de substrats. Il a été possible de déterminer la vitesse spécifique maximale de consommation du carbone de la souche qui diminue lorsque la part de xylose ou glycérol augmente dans l’apport de carbone total.- la quantification de la dynamique de croissance sur xylose et glycérol pur en terme de taux de croissance et de rendement : sur xylose µmax= 0.034h-1 et RS/X= 0.28 Cmolx.Cmolxylose-1; sur glycérol µmax=0.04h-1 RS/X=0.31Cmolx.Cmolglycérol-1.- la quantification des vitesses spécifiques et rendements de production de lipides à partir de xylose ou de glycérol en simple ou co-substrat avec du glucose : 20%xylose-80%glucose : qp=0.065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.3CmoleTAG.Cmolesubstrat-1 100%xylose : qp=0.035065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.31CmoleTAG.Cmolesubstrat-1, 25% glycérol-75%glucose : qp=0.07065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.25CmoleTAG.Cmolesubstrat-1 , 100% glycérol : qp=0.03065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P= 0.29CmoleTAG.Cmolesubstrat-1.- L’impact de la nature des substrats sur le profil lipidique de Rhodotorula glutinis demeure léger : il apparait que le xylose entraîne une surproduction de C16:0 et C18:3et le glycérol favorise l’accumulation de C18:0

Rhodotorula glutinis (Rhodosporidium toruloides) is an oleaginous yeast. The micro-organism has demonstrated high lipid accumulation when utilizing glucose as a substrate, and has become a model for oil production. Glycerol and xylose are interesting as substrates for production of oil from renewable resources, but the capacity of R. glutinis to utilize glycerol and xylose as substrates has not been characterized well. Fermentation strategies were designed to quantify growth and lipid accumulation dynamics of R. glutinis when utilizing glycerol and xylose - either as pure substrates, or as co-substrates with glucose. Several original results have been found, including: - Co-consumption of xylose or glycerol along with glucose was observed, without carbon substrate accumulation or byproduct formation, when the carbon feed rate was carefully controlled. The specific carbon consumption rate decreases when the proportion of the second substrate (glycerol or xylose) increases in the feed, relative to glucose. - Growth capacities were characterized on pure xylose and pure glycerol in terms of growth rate and carbon yields: on xylose μmax= 0.034h-1 and RS/X= 0.28 Cmolx.Cmolxylose-1; on glycerol μmax=0.04h-1 RS/X=0.31Cmolx.Cmolglycerol-1. - specific production rate of lipid production and substrate to product carbon conversion yields from xylose or glycerol as single or cosubstrate with glucose were determinated: 20%xylose-80%glucose : qp=0.065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.3CmoleTAG.Cmolesubstrat-1 100%xylose : qp=0.035065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.31CmoleTAG.Cmolesubstrat-1, 25% glycerol-75%glucose : qp=0.07065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P=0.25CmoleTAG.Cmolesubstrat-1 , 100% glycerol : qp=0.03065CmolTAG.Cmolbiomasse.h-1, RS/P= 0.29CmoleTAG.Cmolesubstrat-1. - Substrate diversification slightly impacts Rhodotorula glutinis´s lipid profile: xylose leads to an overproduction of C16:0 and C18:3 and glycerol increases C18:0 accumulation