| La dégradation de la biomasse végétale par le cocktail enzymatique de Trichoderma reesei : |
Le développement d’énergies alternatives décarbonées est essentiel pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et lutter contre le dérèglement climatique. C’est le cas notamment du bioéthanol dit de deuxième génération, produit à partir de résidus de biomasse lignocellulosique et utilisé comme carburant pour la mobilité.
Mes travaux de recherche, menés depuis de plus de 15 ans à IFPEN et résumés dans mon HDR, se sont focalisés sur une étape cruciale du procédé de production de ce biocarburant : l’hydrolyse enzymatique1. La dégradation de la biomasse y intervient grâce à l’utilisation d’un cocktail complexe d’enzymes produit par le champignon filamenteux Trichoderma reesei. Cependant, pour une utilisation industrielle, il est nécessaire de rendre ce cocktail plus efficace et c’est pourquoi j’ai étudié différents aspects concernant sa production, sa composition et son amélioration :
- Les conditions d'induction des gènes des cellulases2;
- La régulation de la sécrétion de ces enzymes et l’identification des gènes cibles pour augmenter la capacité de sécrétion du champignon ;
- L’interaction des enzymes avec le substrat lignocellulosique à différents stades de l’hydrolyse ;
- Grâce à un modèle mathématique, l’identification pour un substrat donné d’enzymes limitantes (du fait de leur trop faible proportion dans le cocktail et/ou leur trop faible activité) et, pour l’hydrolyse de la paille de blé, la prédiction de la composition d’un cocktail maximisant le rendement ;
- L’amélioration du cocktail par complémentation avec des enzymes provenant de la biodiversité microbienne (voir figure).
Concernant ce dernier point, les enzymes sécrétées (le « sécrétome ») par différents champignons filamenteux, tels que Podospora anserina ou Aspergillus japonicus, ont été analysées. A partir de sécrétomes apportant le plus de gain d’activité par ajout au cocktail de T. reesei, des enzymes potentiellement responsables de cette amélioration ont pu être identifiées à l’aide de la spectrométrie de masse. Dans l’un de ces sécrétomes, les AA16, une nouvelle famille d’enzymes capables de booster les cellulases, a été découverte et caractérisée [1].
D’autre part, j’ai exploré la biodiversité bactérienne dans une approche de métagénomique3. Un criblage fonctionnel d’une banque de gènes a tout d’abord résulté en l’identification d’une quarantaine d’enzymes agissant sur la biomasse lignocellulosique. Quatre enzymes d’une famille d’endoglucanases ont ensuite été caractérisées et leur mode d’action sur la cellulose décrite [2].
1 Dégradation d'un composé en présence d'enzymes suite à sa réaction avec l'eau
2 Enzyme qui hydrolyse la cellulose
3 Méthode d'étude du contenu génétique d'échantillons issus d'environnements complexes
L’ensemble de ces travaux a permis de dégager des pistes de progrès, par identification d’enzymes limitantes, ou encore de cibles d’amélioration du système de sécrétion chez T. reesei. J’ai pu ainsi démontrer le potentiel d’une exploration de la biodiversité pour la découverte de nouvelles enzymes efficaces et c’est dans cette voie que je poursuis actuellement mes recherches.
Références :
- Filiatrault-Chastel C, Navarro D, Haon M, Grisel S, Herpoël-Gimbert I, Chevret D, Fanuel M, Henrissat B, Heiss-Blanquet S, Margeot A, Berrin JG. AA16, a new lytic polysaccharide monooxygenase family identified in fungal secretomes.Biotechnol Biofuels. 2019; 12:55
>> https://doi.org/10.1186/s13068-019-1394-y
- Aymé L, Hébert A, Henrissat B, Lombard V, Franche N, Perret S, Jourdier E, Heiss-Blanquet S. Characterization of three bacterial glycoside hydrolase family 9 endoglucanases with different modular architectures isolated from a compost metagenome. Biochim Biophys Acta Gen Subj. 2021; 1865(5):129848
>> https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2021.129848
A contacter : Senta Blanquet