Thèse d'Alexandre Delarouzée, lauréat du Prix Yves Chauvin 2023 : « Ingénierie métabolique de Clostridium acetobutylicum pour l'utilisation de sucres issus de biomasse lignocellulosique »
Dans le cadre de la transition énergétique, de nouveaux bioprocédés émergent pour se substituer aux procédés exploitant des ressources fossiles. Ainsi, Clostridium acetobutylicum est un micro-organisme capable de convertir, par voie fermentaire, la grande variété de sucres issus des biomasses lignocellulosiques en un panel de molécules biosourcées. Cela en fait donc un candidat potentiel pour produire des biocarburants et/ou des intermédiaires chimiques d’intérêt industriel.
Cette utilisation de C. acetobutylicum se heurte cependant à deux limitations. D’une part, l’utilisation par ce micro-organisme de différents sucres est hiérarchisée par un mécanisme dit de « répression catabolique », de telle sorte que ces sucres sont assimilés séquentiellement et non pas simultanément. Cette caractéristique est un frein au développement d’un procédé de fermentation performant et alimenté en continu. D’autre part, l’extraction de ce mélange de sucres fermentescibles nécessite un prétraitement de la biomasse qui génère des composés chimiques toxiques pour le micro-organisme, et impactant de ce fait négativement le procédé fermentaire (figure).
Ce travail de thèse a recouru à différentes approches de génie génétique pour pallier ces deux problèmes. Une série de modifications génétiques a tout d’abord permis de modifier le métabolisme de C. acetobutylicum pour qu’il consomme, de manière simultanée, la majorité des sucres issus d’une biomasse lignocellulosique de référence [1]. En parallèle, des méthodes d’évolution adaptative en bioréacteur ont permis d’obtenir des micro-organismes résistants à différents inhibiteurs de croissance et capables de fermenter des substrats industriels de type biomasse prétraitée. Enfin, dans un troisième axe de la thèse, le doctorant a développé un outil génétique qui a permis de lister l’ensemble des gènes indispensables dans le génome de C. acetobutylicum [2]. Cette cartographie constitue une base de données cruciale qui permettra de déterminer les cibles génétiques prioritaires en vue de l’amélioration rationnelle de ce biocatalyseur.
Les découvertes réalisées suivant les trois axes explorés permettent d’envisager l’utilisation de C. acetobutylicum pour la valorisation efficace de substrats lignocellulosiques afin de produire des molécules biosourcées de deuxième génération en conditions industrielles. Les futurs travaux réalisés au sein du département Biotechnologie d’IFPEN viseront entre autres choses à élargir la gamme de molécules atteignables à l’aide de ce micro-organisme.
Références bibliographiques
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Delarouzée A, Lopes Ferreira N, Wasels F. (2023). Alleviation of Carbon Catabolite Repression through araR and xylR Inactivation in Clostridium acetobutylicum DSM 792. Applied and Environmental Microbiology, 89(3), e02135-22.
>> https://doi.org/10.1128/aem.02135-22
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Delarouzée A, Lopes Ferreira N, Wasels F. Gene essentiality in Clostridium acetobutylicum DSM 792. Submitted to Applied and Environmental Microbiology.
Contact scientifique : francois.wasels@ifpen.fr
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