Approche multi-échelle du suivi dynamique de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique

Multi-scale approach for dynamic monitoring of lignocellulosic biomass deconstruction

• Auteur / Autrice : Amandine Leroy
• Direction : Gabriel Paës, Fabienne Guillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologies
• Date : Soutenance le 16/02/2022
• 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 : Hélène Carrère
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gabriel Paës, Fabienne Guillon, Catherine Sarazin, Patrick Perré, Bastien Bissaro
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Sarazin, Patrick Perré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes -- Applications industrielles

Lignocellulose

Transformation

Biomasse

Enzymes

Mots clés libres

Enzyme

Récalcitrance

Dynamique

Lignocellulose

Prétraitement

Multi-Échelle

Recalcitrance

Multi-Scale

Enzyme

Pretreatment

Lignocellulose

Dynamic

Résumé

La valorisation de la biomasse lignocellulosique par voie enzymatique est une voie prometteuse pour la production de bioproduits, pouvant remplacer les produits issus des ressources fossiles. Toutefois, la complexité des polymères pariétaux composant la lignocellulose limite leur conversion.L’objectif de ce travail est de mettre en lumière les facteurs chimiques et structuraux liés à la lignocellulose limitant la déconstruction enzymatique, grâce à la caractérisation d’une biomasse modèle prétraitée, l’entre-nœud de maïs, à différentes échelles spatiales. Une approche par imagerie en temps réel a permis le suivi temporel de l’hydrolyse de différents tissus composant l’entre-nœud. La perte en hémicelluloses et la rupture des liaisons esters et éthers inter- et intra-polymères s’accompagnent d’une augmentation de l’accessibilité et de l’hydrolyse de la cellulose. De plus, le changement de conformation de la lignine suite au prétraitement a permis de favoriser l’action, d’une part, des cellulases, en augmentant l’accessibilité de la cellulose, et d’autre part, des Lytic Polysaccharides Mono-Oxygenases, en permettant leur réduction. Le suivi de l’hydrolyse et de l’autofluorescence des enzymes a permis de corréler l’hétérogénéité des profils de dégradation des types cellulaires avec l’adsorption/désorption de l’enzyme sur la paroi et son déplacement dans le milieu au cours de l’hydrolyse.Nos résultats ont permis de proposer une vision multi-échelle de l’influence des propriétés du substrat et de l’enzyme sur la récalcitrance de la biomasse.

The enzymatic valorisation of lignocellulosic biomass is a promising way for the production of bioproducts, which can replace products from fossil resources. However, the complexity of the cell wall polymers making up lignocellulose limits their conversionThe objective of this work is to highlight the chemical and structural factors related to lignocellulose that limit enzymatic deconstruction, through the characterisation of a pretreated model biomass, maize internode, at different spatial scales. A real-time imaging approach allowed the temporal monitoring of the hydrolysis of different tissues composing the internode. The loss of hemicelluloses and the breaking of inter- and intra-polymer ester and ether bonds are accompanied by an increase in the accessibility and hydrolysis of cellulose. In addition, the change in lignin conformation following pretreatment promoted the action of cellulases, by increasing the accessibility of cellulose, and of Lytic Polysaccharide Mono-Oxygenases, by allowing their reduction. Monitoring the hydrolysis and autofluorescence of the enzymes made it possible to correlate the heterogeneity of the degradation profiles of the cell types with the adsorption/desorption of the enzyme on the cell wall and its movement in the medium during the hydrolysis.Our results provide a multi-scale view of the influence of substrate and enzyme properties on biomass recalcitrance.