Production de synthons par des consortia microbiens à partir de paille de blé : approches macrocinétique, enzymatique et métaprotéomique

Degradation of wheat straw by microbial consortia to produce carboxylates : macrokinetics, enzymatics and metaproteomics

• Auteur / Autrice : Adele Lazuka
• Direction : Guillermina Hernandez-Raquet, Michael O'Donohue
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingenieries microbienne et enzymatique
• Date : Soutenance le 28/09/2018
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LISBP- Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés / LISBP
• Jury : Président / Présidente : Fabienne Guillon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillermina Hernandez-Raquet, Michael O'Donohue, Bernard Kureck, Helene Carrere, Jean-Guy Berrin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Kureck, Helene Carrere

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synthons

Lignocellulose

Mots clés libres

Lignocellulose

Carboxylates

Consortia microbiens

Métaprotéomique

Lignocellulose

Carboxylates

Microbial consortia

Community proteomics

Résumé

Alors que la biomasse lignocellulosique constitue le plus grand réservoir de carbone renouvelable sur Terre, sa valorisation reste encore limitée par sa récalcitrance à la dégradation. Bien que sa bioconversion ait été largement étudiée dans le cadre de la production de bio-combustibles, d’autres approches comme la plateforme des carboxylates permettent de produire des intermédiaires et composés chimiques d’intérêt industriel. De plus dans la Nature, la lignocellulose est prise en charge par des écosystèmes microbiens qui déploient une large diversité enzymatique. Ainsi, nous avons étudié l’enrichissement de communautés microbiennes naturelles issues d’écosystèmes digestifs animaux sur paille de blé et en conditions d’anaérobiose en bioréacteur contrôlé, en vue de produire des carboxylates. Via une procédure de culture en bioréacteur batch séquentiel, deux communautés stables ont été obtenues à partir de rumen bovin (nommée RWS) et de microbiote intestinal de termite de l’espèce Nasutitermes ephratae (nommée TWS). RWS et TWS dégradaient 55% et 45% du substrat non prétraité, en produisant 6,5 g-AGV.L-1 et 5,8 g-AGV.L-1 en 15 jours, respectivement. En combinant des approches de suivi dynamique des paramètres macroscopiques, des activités enzymatiques impliquées dans la dégradation du substrat, ainsi que par une étude métaprotéomique dynamique, nous avons pu révéler des particularités intéressantes entre ces deux communautés microbiennes. De plus, la communauté RWS a été soumise à des prétraitements du substrat permettant d’augmenter sa vitesse de production de carboxylates.

Lignocellulose (LC) is the most abundant terrestrial reservoir of renewable carbon on Earth but its valorization is still limited due to its recalcitrance. In the field of bioconversion, the production of biofuels has been widely studied, whereas others valorization routes – as the carboxylate platform- enable the production of intermediate building blocks or industrial componuds. However in Nature, the recycling of LC is performed by microbial consortia which deploy complex arsenals of enzymes to deconstruct LC. In this PhD thesis we studied the anaerobic enrichment of natural microbial communities from animal digestive systems, aiming to production of carboxylates from wheat straw as substrate. Thanks to a sequencial batch reactor procedure, we obtained two stable communities from bovine rumen (named RWS) and intestinal microbiote from the termite species Nasutitermes ephratae (named TWS). RWS and TWS transformed 55% and 45% VS unpretreated wheat straw into 230 mCmol-AGV.L-1 (6.5 g-AGV.L-1) and 180 mCmol-AGV.L-1 (5.8 g-AGV.L-1) within 15 days, respectively. Combing the dynamic measurment of macroscopic parameters (i.e. degradation and production) to the quantification of enzymatic activities involved in LC degradation, as well as to a dynamic metaproteomic approach we revealed some interesting features between these two consortia. Moreover, RWS was used to study the impact of pretreatments on its acidogenic biological potential.