Contrôle d'un bio-procédé par voie électrochimique : électro-fermentation du glycérol

Electrochemical control of a biological process : glycerol electro-fermentation

• Auteur / Autrice : Roman Moscoviz
• Direction : Nicolas Bernet, Eric Trably
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Soutenance le 28/02/2017
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (Narbonne) - Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement (Narbonne)
• Jury : Président / Présidente : Eric Dubreucq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Saulou, Théodore Bouchez, Benjamin Erable
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Carole Molina, Alain Bergel

Mots clés

Mots clés libres

Fermentation

Bio-Électrochimie

Glycérol

1.3-Propanediol

Electro-Microbiologie

Fermentation

Bio-Electrochemistry

Glycerol

1.3-Propanediol

Electro-Microbiology

Résumé

L’électro-fermentation est un nouveau levier permettant le contrôle des procédés fermentaires à travers l'utilisation d'électrodes au potentiel contrôlé. Parmi de nombreux substrats fermentaires, le glycérol est une source de carbone largement utilisée issue de l’industrie du biodiesel, et permettant la production de molécules à valeur ajoutée comme le 1,3-propanediol. L'objectif de cette thèse est d'évaluer le potentiel de l’électro-fermentation du glycérol comme moyen de mieux maîtriser les spectres de produits fermentaires dans les procédés mettant en œuvre des cultures mixtes.La thèse étudie dans un premier temps la fermentation du glycérol en cultures mixtes afin de caractériser les principales voies métaboliques d'intérêt en réponse au paramètre environnemental le plus influent pour la fermentation du glycérol (pH). L'effet de l'introduction d'électrodes colonisées par des bactéries électro-actives, capables d'échanger des électrons avec l'électrode et d’autres microorganismes, est ensuite étudié. Ce travail est réalisé en cultures mixtes dans l'objectif d'améliorer le procédé de fermentation en termes de spécificité des métabolites formés et de leur rendement de production. Enfin, un système modèle composé d’une souche fermentaire et une souche électro-active a ensuite été conçu afin de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu lors de l’électro-fermentation. Cette thèse ouvre de nouvelles possibilités quant à la régulation des balances redox lors de fermentation. L’électro-fermentation ainsi que l’utilisation de bactéries électro-actives ont le potentiel de devenir de puissants outils permettant d’améliorer les rendements et spécificité de production du 1,3-propanediol et d’autres molécules à valeur ajoutée.

Electro-fermentation is a novel tool allowing to control classic fermentation through the use of polarized electrodes. Among all possible fermentation substrates, glycerol is a widely used by-product from the biodiesel industry that can be converted in value-added chemicals such as 1,3-propanediol. This PhD thesis aims at evaluating the potential of glycerol electro-fermentation for the improvement of product specificity in mixed-culture fermentation.As a first step, classic fermentation of glycerol by mixed bacterial consortia was studied in order to characterize the main metabolic pathways according to the main influencing environmental parameter (pH). Then, the addition in fermentation broth of electrodes and electro-active bacteria, able to exchange electrons either with an electrode or other microorganisms has been investigated. This work was carried out in mixed-culture glycerol fermentation in order to optimize products selectivity and yields towards 1,3-propanediol. Finally, a model co-culture constituted of one fermentative and one electro-active species was used to elucidate part of the mechanisms underlying electro-fermentation. This thesis opens a whole new range of possibility regarding the regulation of redox balances in fermentation. Hence electro-fermentation and the use of electro-active bacteria could become efficient tools for improving specificity and yield of 1,3-propanediol and other value-added products in fermentation.