Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Analyse des changements physiologiques chez Coelastrella sp. S6 au cours de la caroténogenèse et recherche de conditions favorisant la croissance de Chlorella sorokiniana en fermenteur
Corato, Amélie
2021
 

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Keywords :
Microalgues; Astaxanthine; Fermenteur
Abstract :
[fr] Les microalgues vertes sont des micro-organismes photosynthétiques cultivés principalement pour être utilisés comme source de biomolécules à haute valeur ajoutée mais également comme source de protéines. Une des catégories de biomolécules les plus intéressantes à exploiter sont les caroténoïdes secondaires, notamment pour leurs vertus antioxydantes. Ainsi, la recherche de microalgues accumulatrices des caroténoïdes secondaires est en cours depuis quelques années, notamment pour trouver une alternative à la microalgue verte Haematococcus pluvialis dont la production d’astaxanthine est importante mais dont la croissance est relativement lente dans bien des circonstances. C’est dans ce contexte qu’a été pensé le premier objectif de ce travail. Celui-ci concerne la caractérisation de différents aspects de la caroténogenèse chez une microalgue verte isolée localement : Coelastrella sp. S6. Pour ce faire, la production de caroténoïdes secondaires a été effectuée au cours d’une stratégie en deux étapes (‘two-stage’) : une étape de croissance « verte » en conditions optimales, suivie d’une étape de stress induisant la caroténogenèse. Dans un premier temps, la condition de croissance verte a été modifiée de sorte à voir l’impact de l’intensité lumineuse et de la présence de CO2 sur la production ultérieure de caroténoïdes secondaires, d’acides gras et de lipides. Dans ces expériences, l’étape de stress était provoquée par la combinaison d’une haute intensité lumineuse et d’une carence en azote, sous CO2. Nous montrons que, pour la phase de croissance verte, l’utilisation d’une haute intensité lumineuse (400 µmol.m-2.s-1) est la meilleure option pour la production de caroténoïdes secondaires chez Coelastrella sp. S6, puisqu’elle permet d’atteindre de hauts contenus volumétriques en ces molécules (27 mg.L-1). La caroténogenèse a également été induite à l’obscurité grâce à l’ajout d’agents oxydants. Ce protocole a été rarement étudié chez d’autres microalgues vertes productrices de caroténoïdes secondaires et, bien que les rendements soient encore très faibles, elle fait de Coelastrella sp. S6 une microalgue intéressante pour cette approche. En effet, l’utilisation de la lumière pour des procédés industriels est très onéreuse et nécessite la mise en place de systèmes de cultures particuliers, alors que la croissance à l’obscurité permet de diminuer les coûts de production et d’utiliser un matériel plus « usuel », les fermenteurs. Pour compléter le premier objectif de cette thèse, un autre aspect de la réaction de la microalgue à une situation de stress (haute intensité lumineuse et carence en azote) qui induit la caroténogenèse a été étudié. Ainsi, les changements photosynthétiques subis par les cellules au cours de la production de caroténoïdes ont été analysés. Cette étude a été réalisée grâce à des mesures de dégagement d’oxygène, des mesures de fluorescence variable de la chlorophylle a ainsi que des mesures de fluorescence à basse température. Chez Coelastrella sp. S6, la caroténogenèse s’accompagne d’une baisse sensible de l’activité photosynthétique, du développement de l’extinction non-photochimique et de modifications dans la distribution de l’énergie d’excitation entre les photosystèmes. Une sur-réduction du pool de plastoquinone a également été observée, ce qui suggérerait la présence d’une NADPH-déshydrogénase chloroplastique dont l’activité augmente au cours de l’exposition au stress. A l’heure actuelle, la majorité des cultures industrielles de microalgues, quel que soit leur but, est réalisée en conditions autotrophes mais ne parviennent pas à être compétitives, dû au coût et aux désavantages engendrés par la présence de lumière. La mise en place de croissances hétérotrophes, en fermenteur et donc à l’obscurité, gagne de plus en plus d’intérêt. Ainsi, un autre pan de la recherche présentée dans ce manuscrit concerne l’optimisation de conditions de croissances hétérotrophes en fermenteur pour la microalgue verte Chlorella sorokiniana. Une source de carbone usuelle, facilement métabolisée par l’algue et bon marché a été utilisée : l’acétate. Pour contrer sa toxicité due à l’augmentation de pH lors de son assimilation, elle a été apportée sous forme d’acide acétique, et ce en mode « fed-batch », pour contrôler le pH. Nous avons mis au point la composition idéale du milieu de croissance de départ pour la culture dans ces conditions et avancé dans la recherche des conditions d’aération et d’agitation optimales et supportées par l’algue.
Research center :
Biological Sciences from Molecules to Systems - inBioS
Disciplines :
Phytobiology (plant sciences, forestry, mycology...)
Author, co-author :
Corato, Amélie ;  Université de Liège - ULiège > Sciences de la Vie > Génétique et physiologie des microalgues
Language :
French
Title :
Analyse des changements physiologiques chez Coelastrella sp. S6 au cours de la caroténogenèse et recherche de conditions favorisant la croissance de Chlorella sorokiniana en fermenteur
Alternative titles :
[en] Analysis of physiological changes during carotenogenesis in Coelastrella sp. S6 and and search for conditions favoring the growth of Chlorella sorokiniana in a fermenter
Defense date :
07 July 2021
Number of pages :
292
Institution :
ULiège - Université de Liège
Degree :
Docteur en Sicences
Promotor :
Franck, Fabrice ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génétique et physiologie des microalgues
Jacques, Philippe ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Microbial, food and biobased technologies
President :
Dommes, Jacques ;  Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Biologie végétale translationnelle
Secretary :
Remacle, Claire  ;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
Jury member :
Godaux, Damien ;  Université de Liège - ULiège > Integrative Biological Sciences (InBioS)
Fickers, Patrick ;  Université de Liège - ULiège > Département GxABT > Microbial, food and biobased technologies
Schoefs, Benoît
Hantson, Anne-Lise
Name of the research project :
Heterotrophy in microalgae (DARKMET)
Funders :
ULiège - Université de Liège [BE]
Available on ORBi :
since 24 August 2021

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