Ingénierie métabolique de la levure Yarrowia lipolytica pour la production d'acides gras pairs et impairs

Metabolic engineering of the yeast Yarrowia lipolytica for the production of even- and odd-chain fatty acids

• Auteur / Autrice : Young kyoung Park
• Direction : Jean-Marc Nicaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Soutenance le 01/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Microbiologie de l'Alimentation au Service de la Santé humaine (Jouy-en-Josas)
• Partenaire(s) de recherche : etablissement operateur d'inscription : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Joëlle Virolle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Joëlle Virolle, Fayza Daboussi, Frédéric Domergue, Sébastien Baud, Ioana Popescu, Michael Sauer, Vasiliki Tsakraklides
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fayza Daboussi, Frédéric Domergue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse

Microbiologie

Microorganismes

Coproduits

Innovation

Ingénierie métabolique

Yarrowia lipolytica

Essais

Biomasse

Mots clés libres

Yarrowia lipolytica

Métabolisme des lipides

Acide gras

Acide gras à chaîne impair (AGI)

Ingénierie métabolique

Biologie synthétique

Yarrowia lipolytica

Lipid metabolism

Fatty acid

Odd-Chain fatty acid

Metabolic engineering

Synthetic biology

Résumé

Les huiles microbiennes sont considérées comme des alternatives prometteuses aux combustibles fossiles qui suscitent de plus en plus de préoccupations environnementales et énergétiques. Les acides gras à chaîne impaires (AGI), un type de lipide inhabituel, sont des composés d’intérêt ayant diverses applications biotechnologiques. L’objectif de cette thèse est de développer Yarrowia lipolytica comme souche plateforme, par l’ingénierie métabolique, pour la production d’AGI.Pour développer Y. lipolytca, l'identification et la caractérisation d’une nouvelle série de promoteurs érythritol-hybrides-inductible (pEYK1, pEYD1, et dérivés) ont été réalisées. La série de promoteurs hybrides a montré des forces variables, l'induction à base d'érythritol a augmenté de 2,2 à 32,3 fois dans la souche WT et de 2,9 à 896,1 fois dans la souche eyk1Δ. Ces promoteurs amélioreront la capacité de moduler l'expression de gènes chez Y. lipolytica.Pour la production d’AGI, la tolérance au propionate a été étudiée. Deux gènes, RTS1 et MFS1, améliorant la résistance au propionate ont été identifiés par le criblage d’une banque d’ADN génomique. Par des stratégies d’ingénierie métabolique, comme l’inhibition de la voie compétitive, l’augmentation les pools de précurseurs, et l’amélioration de l’accumulation de lipides totale, la production d'AGI a été augmentée de 0,14 g/L à 1,87 g/L. La production de novo des AGI sans supplémentation de propionate a également été explorée. Par surexpression des gènes dans la voie de synthèse de la thréonine, la production d’AGI été augmentée de 12 fois par rapport à la souche sauvage (0,36 versus 0,03 g/L).En résumé, des souches de Y. lipolytica ont été développées pour produire efficacement des AGI, principalement l’acide heptadécénoïque. Ce travail ouvre la voie à la production microbienne d'AGI et de ses dérivés à plus grande échelle.

Microbial oils are regarded as promising alternatives to fossil fuels with growing environmental and energy concerns. Odd-chain fatty acids (OCFAs), a type of unusual lipids, are value-added compounds with various biotechnological applications. The objective of the thesis was to develop Yarrowia lipolytica as a platform strain for the production of OCFAs by metabolic engineering.For developing Y. lipolytica, the identification and characterization of a new series of erythritol-hybrid-inducible promoters (pEYK1, pEYD1, and derivatives) were explored. The hybrid promoter series showed variable strengths, erythritol-based induction increased 2.2 to 32.3 times in the WT strain and 2.9 to 896.1 times in the eyk1Δ strain, which will improve the modulation of gene expression for metabolic engineering of Y. lipolytica.For OCFA production, tolerance to propionate was studied. Two genes, RTS1 and MFS1, were identified as propionate-tolerant genes by screening a genomic DNA library. Through metabolic engineering strategies, such as inhibiting competitive pathways, increasing precursor pools, and enhancement of total lipid accumulation, OCFA production was increased from 0.14 g/L to 1.87 g/L. De novo production of OCFAs without propionate supplementation was also explored by overexpression of the threonine synthesis pathway. OCFAs production was increased by 12-times; 0.36 versus 0.03 g/L for WT.In summary, Y. lipolytica strains were developed to produce high-amount of OCFAs, mainly heptadecenoic acid. This work paves the way for the microbial production of OCFAs and their derivatives at the industrial scale.