Evolution dirigée et ingénierie rationnelle chez Clostridium phytofermentans

Rational and evolution-based engineering of Clostridium phytofermentans

• Auteur / Autrice : Tristan Cerisy
• Direction : Marcel Salanoubat, Andrew C. Tolonen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 05/07/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomique métabolique (Evry, Essonne ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Bruno Dupuy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Lopes Ferreira
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henri-Pierre Fierobe, Philippe Soucaille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transporteurs ABC

Biologie de synthèse

Clostridia

Mots clés libres

Edition de génomes

Evolution dirigée

Résumé

Le but de la recherche menée dans le cadre de cette thèse est de développer et d’appliquer de nouveaux outils de modifications chromosomiques ciblées et d’évolution dirigée in vivo chez Clostridium phytofermentans, une bactérie mésophile et anaérobie qui fermente la biomasse lignocellulosique. L’introduction présente une vue d’ensemble des recherches fondamentales et appliquées dans la biologie et la génétique des Clostridia, incluant les souches pathogènes et environnementales. Une description de l’industrie des biocarburants est détaillée pour montrer les applications possibles de C. phytofermentans dans ce domaine très compétitif. Le premier chapitre présente l’utilisation de la génomique fonctionnelle et de l’inactivation de gènes cibles pour identifier des transporteurs d’hexoses chez C. phytofermentans. Le second chapitre décrit l’application de la technique Genome Editing via Targetron and Recombinases (GETR) pour effectuer de larges délétions chromosomiques chez cette bactérie. Le troisième chapitre présente l’évolution dirigée in vivo chez C. phytofermentans pour améliorer sa résistance aux inhibiteurs issus de la biomasse lignocellulosique, incluant l’analyse des variations transcriptomique et génomiques des souches résistantes. Dans son ensemble, ce travail de thèse souligne les avantages et limites de l’approche ciblé ou de l’approche par évolution in vivo, pour étudier et modifier les Clostridia.

The research aim of this thesis project was to develop and apply new tools for targeted chromosomal changes and in vivo directed evolution of Clostridium phytofermentans, a mesophilic anaerobe that ferments lignocellulosic biomass. The introduction presents an overview of previous basic and applied research in Clostridia biology and genetics, including both pathogenic and environmental strains. A focus on the biofuel industry is reported to describe applications of C. phytofermentans in this competitive industry. Chapter one presents a study using functional genomics and targeted gene inactivation to identify hexose sugar transporters in C. phytofermentans. Chapter two describes the application of Genome Editing via Targetron and Recombinases (GETR) to make large-scale chromosomal deletions in this bacterium. Chapter 3 presents the in vivo directed evolution of C. phytofermentans to enhance its resistance to lignocellulosic inhibitors including analyses of genome-wide transcription patterns and genomic variants that arose in the resistant strains. Together, this thesis work highlights the advantages and limitations of both targeted and evolutional approaches to study and engineer Clostridia.