Ingénierie du métabolisme de capture du CO₂ chez les cyanobactéries pour la photoproduction de molécules à haute valeur ajoutée (terpènes) - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Engineering cyanobacteria’s CO₂ capture metabolism for the photoproduction of high value added molecules (terpenes)

Ingénierie du métabolisme de capture du CO₂ chez les cyanobactéries pour la photoproduction de molécules à haute valeur ajoutée (terpènes)

Résumé

Cyanobacteria are photosynthetic micro-organisms considered as promising cellular factories for the commercially viable, sustainable and durable biotechnological production of carbonaceous molecules of interest from solar energy, CO₂, and water (even salty and/or polluted). The laboratory is interested in the production of terpenes, molecules with myriad applications for cosmetics (perfumes), health (antimicrobials) and the environment (biofuels).To enable cyanobacteria becoming efficient cellular factories, one major challenge is to better understand and improve their carbon assimilation metabolism, where the main energy losses during photosynthesis can be attributed to bottlenecks in the Calvin- Benson cycle (CCB), which fixes CO₂.In order to optimize the CO₂ capture metabolism, I focused on the influence of the modification (protein sequence) and quantity (overproduction) of two key CCB enzymes: RuBisCO and Phosphoribulokinase in 3 model cyanobacterial species: Synechocystis PCC 6803, Synechococcus PCC 7942 and Synechococcus PCC 7002, presenting physiological peculiarities of interest for biotechnology.For the optimization of terpene (limonene, bisabolene, farnesene and santalene) photoproduction, I combined within these 3 cyanobacteria, metabolic engineering of CCB with terpene production, to take advantage of the redirection of carbon flux from CCB, to maximize yields of these molecules.Thus, for several of these strategies, biomass accumulation, growth rates and terpene production yields were increased.On the other hand, using a genetic approach in Synechocystis PCC 6803 strain, I participated in the analysis of the structure- function relationships of the redox and intrinsically disordered CP12 protein, a major regulator of CCB. In this study, CP12 and its C-terminal cysteines were shown in vivo to play a major role in light-dependent processes, and in photoheterotrophy or mixotrophy regimes. For the latter, the protein and its C-terminal cysteine residues have demonstrated to be essential for metabolizing organic carbon in different forms, in order to save reducing power and maintain a Carbon/Nitrogen balance within the cell. The influence of CP12 on the production of various terpenes was also analyzed, and resulted in increased yields for each.
Les cyanobactéries sont des micro-organismes photosynthétiques considérés comme des usines cellulaires prometteuses pour la production biotechnologique commercialement viable, durable et soutenable de molécules carbonées d’intérêts à partir de l’énergie solaire, du CO₂, et d’eau (même salée et/ou polluée). Le laboratoire s’intéresse à la production terpènes, des molécules au myriade d’applications pour la cosmétique (parfums), la santé (antimicrobiens) et l'environnement (biocarburants). Pour permettre aux cyanobactéries de devenir des usines cellulaires efficaces, un des défis majeurs est de mieux comprendre et d’améliorer leur métabolisme d’assimilation du carbone, où les principales pertes d'énergie au cours de la photosynthèse peuvent être attribuées à des goulets d'étranglement dans le cycle de Calvin-Benson (CCB), qui fixe le CO₂.En vue de l'optimisation du métabolisme de capture du CO₂, je me suis concentrée sur l'influence de la modification (au niveau de leur séquence) et de leur quantité (surproduction) de deux enzymes clés du CCB: la RuBisCO et la Phosphoribulokinase au sein de 3 châssis cyanobactériens modèles : Synechocystis PCC 6803, Synechococcus PCC 7942 et Synechococcus PCC 7002, présentant des particularités physiologiques intéressantes pour la biotechnologie.En vue de l’optimisation de la photoproduction de terpènes (limonène, bisabolène, farnésène et santalène), j’ai combiné au sein de ces 3 cyanobactéries, l’ingénierie métabolique du CCB à la production de terpènes, pour tirer parti de la redirection du flux de carbone du CCB vers la maximisation des rendements de ces molécules carbonées.Ainsi, pour plusieurs de ces stratégies, l’accumulation de biomasse, les vitesses de croissance et les rendements de production en terpènes ont été accrus.D’autre part, par une approche génétique chez la souche Synechocystis PCC 6803, j’ai participé à l’analyse des relations structure-fonction de la protéine rédox et intrinsèquement désordonnée CP12, un régulateur majeur du CCB. Dans cette étude, CP12 et ses cystéines en C-terminales ont montré in vivo, jouer un rôle majeur au niveau de processus lumière-dépendants, et de régimes de photohétérotrophie ou mixotrophie. Pour ces derniers, la protéine et ses résidus cystéines en C-terminal ont montré être essentiels pour métaboliser le carbone organique sous différentes formes, et ceci notamment dans le but d’économiser le pouvoir réducteur et maintenir une balance Carbone/Azote au sein de la cellule.L’influence de CP12 sur la production de divers terpènes a également été analysée, et a permis, pour chacun, une augmentation des rendements.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04188755 , version 1 (27-08-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04188755 , version 1

Citer

Victoire Blanc-Garin. Ingénierie du métabolisme de capture du CO₂ chez les cyanobactéries pour la photoproduction de molécules à haute valeur ajoutée (terpènes). Biotechnologie. Université Paris-Saclay, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UPASL061⟩. ⟨tel-04188755⟩
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