Ingénierie de cyanobactéries pour la photoproduction de terpènes (biocarburants)

Photoproduction of terpenes (biofuels) by engineered cyanobacteria

• Auteur / Autrice : Célia Chenebault
• Direction : Franck Chauvat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Bury-Moné
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xenie Johnson, Amel Latifi, Stéphane Lemaire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xenie Johnson, Amel Latifi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photoproduction

Biologie de synthèse

Biocarburants

Cyanobactéries

Mots clés libres

Cyanobactéries

Biologie de synthèse

Photoproduction

Biocarburants

Terpènes

Cyanobacteria

Synthetic biology

Photoproduction

Biofuels

Terpenes

Résumé

Grâce à leur photosynthèse oxygénique, les cyanobactéries peuvent produire des composés d'intérêt à partir de l’énergie solaire, du CO₂ atmosphérique et de l’eau (douce et marine) même polluée. Au laboratoire, on s'intéresse aux terpènes (molécules odorantes et volatiles) qui ont de nombreuses applications pour la cosmétique (parfums), la santé (antimicrobiens) et l'environnement (biocarburants). Peu d’études ont montré la production de terpènes par les cyanobactéries et les rendements obtenus sont faibles et difficilement comparables. L’objectif de mon travail de thèse était de combiner la diversité biologique de 5 cyanobactéries dotées d'atouts différents (Synechocystis PCC 6803, Synechococcus PCC 7942 et PCC 7002, Cyanothece PCC 7425 et PCC 7822), la diversité chimique de 5 terpènes (bisabolène, farnésène, limonène, pinène et santalène) et les outils génétiques polyvalents du laboratoire, pour générer de bons producteurs. Dans ce but j'ai développé la génétique de Cyanothece PCC 7425 (Chenebault et al., 2020). J'ai contribué à montrer que certaines de nos cyanobactéries produisent mieux certains terpènes, validant notre démarche. Ainsi, Synechocystis PCC 6803 produit plus de bisabolène et de farnésène que les autres cyanobactéries et Synechococcus PCC 7002 est le meilleur châssis pour la production du limonène. En outre, j'ai montré que Cyanothece PCC 7425 peut produire des terpènes à partir d'eaux polluées par de l’urée ou du calcium. Enfin, la stabilité des rendements a été analysée sur plusieurs mois.

Thanks to their oxygenic photosynthesis, cyanobacteria can produce valued compounds from solar energy, atmospheric CO₂ and fresh or marine water (even polluted). In the laboratory, we focus on terpenes (odorous and volatile molecules) that have numerous applications in cosmetics (perfume), pharmaceutics (antimicrobial) and environment (biofuels). A few studies describe the production of terpenes by cyanobacteria and the yields are often weak and not comparable. My study aims to combine the biological diversity of 5 cyanobacteria endowed with attractive capabilities (Synechocystis PCC 6803, Synechococcus PCC 7942 et PCC 7002, Cyanothece PCC 7425 et PCC 7822), the chemical diversity of 5 terpenes (bisabolene, farnesene, limonene, pinene and santalene) and the laboratory ubiquitous genetic tools to generate good producers. To achieve that goal, I developed genetics tools for Cyanothece PCC 7425 (Chenebault et al., 2020). I have also contributed to show that some of our cyanobacteria are higher terpene producers. Indeed, Synechocystis PCC 6803 produces more bisabolene and farnesene whereas Synechococcus PCC 7002 is a higher producer of limonene. Moreover, I showed that Cyanothece PCC 7425 can produce terpenes from water polluted with urea or calcium. Finally, the stability of the yields was assessed for several months.