LIGNOFRAC - Evaluation du potentiel ligninolytique bactérien pour la production de molécules aromatiques.

LIGNOFRAC - Evaluation of the potential ligninolytique bacterial for the production of aromatic molecules.

• Auteur / Autrice : Quentin Czerwiec
• Direction : Bernard Kurek
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 06/07/2020
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fractionnement des Agro-Ressources et Environnement (FARE) - INRA UMR A 614 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Éric Gelhaye
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Kurek, Hélène Carrère, Eric Record, Harivony Rakotoarivonina, Nicolas Brosse, Brigitte Chabbert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Carrère, Eric Record
• DOI : 10.70675/d4844386z5651z4e7czaf3fz5ec8085dc9ec

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés aromatiques

Lignine

Oxydoréductases

Mots clés libres

Oxydoréductases

Lignine

Thermobacillus xylanilyticus

Bioraffinerie

Valorisation

Molécules aromatiques

Lignin degradationThermobacillus xylanilyticus

Biorefinery

Aromatic compounds

Lignin

Oxidoreductases

Valorization

Résumé

Dans cette étude, nous avons évalué le potentiel ligninolytique de la bactérie Thermobacillus xylanilyliticus, en étudiant son comportement en présence de différents substrats riches en lignine, comme la paille de blé, la paille de blé explosée à la vapeur et la lignine kraft. Après avoir caractérisé ces substrats lignifiés, des cultures en présence de ces substrats complémentés ou non avec du xylane ont été réalisées. Ces cultures ont mis en évidence des activités ligninolytiques (phénol-oxydases), avec des profils dépendant de la nature de ces substrats. Par la suite, les modifications des résidus et des milieux de culture ont été évaluées pour mesurer l’impact de la croissance bactérienne. Les changements observés sur les résidus, n’ont pu être reliée de manière certaine à la dégradation de la lignine. En revanche, dans les milieux de culture des modifications ont été observées et ont pu être reliées à l’action du métabolisme des composés phénoliques qui sont des dérivés de la lignine. Pour identifier les enzymes responsables des activités ligninolytiques et des modifications de composés phénoliques, les protéines produites par la bactérie ont été étudiées. Plusieurs protéines ont été identifiées comme des enzymes ayant potentiellement un rôle dans le métabolisme des composés aromatiques et/ou dans la réponse au stress dues à la présence de ces composés phénoliques. Enfin, parmi les enzymes identifiées, une catalase/peroxydase a été clonée, produite et caractérisée. Cette oxydoréductase est active, avec une activité optimale, qui dans les conditions de notre étude à pH 7 et 55 °C, semble plus propice à l’activité peroxydase que catalase.

In this study, we evaluated the ligninolytic potential of the Thermobacillus xylanilyliticus bacterium by studying its behaviour in the presence of different lignin-rich substrates, such as wheat straw, steam-exploded wheat straw and kraft lignin. After characterizing these lignified substrates, cultures in the presence of these substrates supplemented or not with xylan were carried out. These cultures showed ligninolytic activities (phenol-oxidases), with profiles depending on the nature of these substrates. Subsequently, changes in residues and culture media were evaluated to measure the impact of bacterial growth. The changes observed in the residues could not be reliably related to the degradation of lignin. On the other hand, changes were observed in the culture media and could be related to the action of the metabolism of phenolic compounds that are derivatives of lignin. To identify the enzymes responsible for ligninolytic activities and modifications of phenolic compounds, the proteins produced by the bacterium were studied. Several proteins were identified as enzymes with a potential role in the metabolism of aromatic compounds and/or in the response to stress due to the presence of these phenolic compounds. Finally, among the identified enzymes, a catalase/peroxidase was cloned, produced and characterized. This oxidoreductase is active, with optimal activity, which under the conditions of our study at pH 7 and 55°C, seems more conducive to peroxidase activity than catalase.