Caractérisation de la synthèse d'hydrocarbures chez les microalgues

Synthesis of hydrocarbons in algae : from biodiversity to biotechnology

• Auteur / Autrice : Solène Moulin
• Direction : Yonghua Li-Beisson, Frédéric Beisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biosciences et biotechnologies d'Aix-Marseille
• Jury : Président / Présidente : Christophe Robaglia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Vallon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Corellou, Éric Maréchal
• DOI : 10.70675/0b7e108bz8d3fz4e12z8e8azd353e2ce0a31

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrocarbures

Microalgues

Biocarburants

Mots clés libres

Biocarburant

Microalgues

Hydrocarbures

Biofuels

Microalgae

Hydrocarbons

Résumé

Les hydrocarbures (HCs) sont prédominants dans notre économie actuelle (carburants, cosmétiques, chimie, etc.) mais sont quasi-exclusivement issus des ressources fossiles. Les problématiques de changement climatique et d’épuisement des ressources poussent les recherches vers l’étude et la domestication des voies de synthèse naturelles d’HCs. Lorsque j’ai commencé ma thèse, une enzyme de biosynthèse d’HC, l’acide gras photodécarboxylase (FAP) venait d’être découverte chez la microalgue Chlorella. J’ai d’abord caractérisé son homologue chez la microalgue modèle Chlamydomonas. Une étude phylogénétique de la famille des GMC oxidoréductases à laquelle appartient la FAP a permis d’identifier un large réservoir de de 200 FAPs putatives. La caractérisation biochimique de plusieurs d’entre elles a permis de montrer qu’une FAP fonctionnelle a été conservée lors des endosymbioses secondaires. Cela suggère que la FAP joue un rôle important chez les algues. Ce rôle a été étudié par une approche de génétique inverse chez Chlamydomonas. La caractérisation physiologique de mutants knockout a permis de démontrer le rôle de la FAP dans la synthèse d’HCs dans le chloroplaste et de mettre en évidence des modifications physiologiques transitoires. Des mécanismes de compensation à l’absence d’HCs restent donc à découvrir. Dans une dernière partie, j’ai développé une souche d’E. coli exprimant la FAP et une thioestérase. Cette souche produit en continu des HCs dans la phase gaz des cultures, ce qui permet une récolte facilitée du produit d’intérêt sous forme pure. Cette étude constitue une preuve de concept que la FAP pourrait être utilisée pour la production biosourcée d’HCs.

Hydrocarbons (HCs) are predominant in our current economy (fuels, cosmetics, chemicals, etc.) but are almost exclusively derived from fossil resources. Climate change and resource depletion concerns are pushing research towards the study and domestication of natural HC synthesis pathways. When I started my thesis, a HC forming enzyme, the fatty acid photodecarboxylase (FAP) had just been discovered in the microalgae Chlorella. I first characterised its homolog in the model microalgae Chlamydomonas. A phylogenetic study of the GMC oxidoreductase family to which the FAP belongs has allowed identification of a large reservoir of 200 putative FAPs. Biochemical characterisation of several of them showed that a functional FAP was maintained during secondary endosymbiosis. This suggests that FAP plays an important role in algae. This role has been studied by a reverse genetic approach in Chlamydomonas. The physiological characterisation of knockout mutants demonstrated the role of FAP in the synthesis of HCs in chloroplasts as well as transient physiological changes. Mechanisms to compensate for the absence of HCs therefore remain to be discovered. In a last part, I developed a strain of E. coli expressing the FAP and a thioesterase. This strain continuously produces HCs in the gas phase of the cultures, which allows an easier harvesting of the product of interest in a pure form. This study is a proof of concept that FAP could be used for the biobased production of HCs.