Optimisation de la production de succinate à partir de matériaux cellulosiques et lignocellulosiques par Klebsiella oxytoca modifié métaboliquement

Optimization of succinate production from cellulosic and lignocellulosic materials by metabolically engineered Klebsiella oxytoca

• Auteur / Autrice : Kanyarat Onsanoi
• Direction : Claire Joannis cassan, Kaemwich Jantama
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2020
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (EPE ; 2025-...) en cotutelle avec Suranaree University of Techology
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGC - Laboratoire de Génie Chimique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : BioSym - Bioprocédés et systèmes microbiens
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)

Mots clés

Mots clés libres

Acide succinique

Fermentation

Biomasse lignocellulosique

Klebsiella oxytoca

Succinic acid

Fermentation

Lignocellulosic biomass

Klebsiella oxytoca

Résumé

L'acide succinique est l'un des produits chimiques en vrac les plus importants, agissant comme un élément de base pour la production chimique de grande valeur. Bien que le procédé d'acide succinique à base de pétrole produise de l'acide succinique de haute qualité, les coûts de production et les émissions de CO2 restent élevés. Cette étude se concentre donc sur la production d'acide succinique par plateforme de fermentation utilisant Klebsiella oxytoca métaboliquement modifié à partir de biomasse lignocellulosique, une ressource renouvelable et un substrat peu coûteux afin de réduire le coût de production du bio-succinate. Récemment, Phosriran et al. (2024) ont construit Klebsiella oxytoca KC004-TF160 qui produit du succinate à une concentration allant jusqu'à 80 g/L avec un rendement de 0,85 g/g de glucose. Dans ce travail de thèse, K. oxytoca KC004-TF160 exprimant à la fois les gènes d'endo- et d'exo-cellulase sera construit et devrait réduire le coût de la supplémentation en cellulase pendant le processus de saccharification des matériaux lignocellulosiques pour la production de succinate. Sur la base des résultats préliminaires, K. oxytoca KC004-TF160 pourrait produire de l'acide succinique (37,35 g/L) à partir de 75 g/L de boues de papier sous hydrolyse et fermentation séparées (SHF) avec une charge enzymatique de 80 PCU/g de boues de papier. Avec l'expression de l'enzyme endo-cellulase dans K. oxytoca KC004-TF160, l'ajout de cellulase commerciale a été réduit de 40 % au cours du processus SHF pour produire un niveau comparable d'acide succinique. Cependant, une réduction supplémentaire de la cellulase supplémentaire par une expression simultanée d'exo-cellulase est actuellement à l'étude.

Succinic acid is one of the most important bulk chemicals, acting as a building block for high-value chemical production. Although the petroleum-based succinic acid process produces high quality succinic acid, production costs and CO2 emissions are still high. This study therefore focuses on succinic acid production by fermentation platform using metabolically engineered Klebsiella oxytoca from lignocellulosic biomass, a renewable resource and low-cost substrate in order to reduce the production cost of bio-succinate. Recently, Phosriran et al. (2024) constructed Klebsiella oxytoca KC004-TF160 that produced succinate at the concentration up to 80 g/L with the yield of 0.85 g/g glucose. In this thesis work, K. oxytoca KC004-TF160 expressing both endo- and exo-cellulase genes will be constructed and expected to reduce cost of the cellulase supplementation during saccharification processof lignocellulosic materials for succinate production. Based on preliminary results, K. oxytoca KC004-TF160 could produce succinic acid (37.35 g/L) from 75 g/L paper sludge under separate hydrolysis and fermentation (SHF) with the enzyme loading of 80 PCU/g paper sludge. With the expression of endo-cellulase enzyme in K. oxytoca KC004-TF160, the addition of commercial cellulase was reduced by 40% during SHF process to produce a comparable level of succinic acid. However, a further reduction of the additional cellulase by a simultaneous expression of exo-cellulase is currently under investigation.