Abstract :
[fr] Notre travail s’est focalisé sur l’optimisation de la culture de microalgues en hétérotrophie, en exploitant des substrats carbonés non conventionnels issus de sous-produits industriels. Plus précisément, trois axes de recherche ont été explorés : l’adaptation cellulaire de Galdieria sulphuraria en hétérotrophie en présence de glucose ou de glycérol ; l’utilisation de xylose, de glucose et d’acétate pour la croissance de G. sulphuraria, Euglena gracilis et Auxenochlorella protothecoides ; et enfin, la capacité de A. protothecoides à assimiler le xylose et à produire du xylitol.
La première partie de ce travail s’est concentrée sur la capacité d’adaptation de G. sulphuraria, une microalgue extrêmophile, à l’utilisation du glucose et du glycérol comme sources de carbone en hétérotrophie. Nous avons montré que, bien que la croissance et la composition globale de la biomasse soient similaires en présence des deux substrats, la pigmentation cellulaire était fortement affectée par la présence de glucose. En effet, les cellules cultivées en présence de glucose perdaient leur coloration, contrairement à celles cultivées en présence de glycérol. Cette dépigmentation s’est révélée réversible et accompagnée d’une répression marquée des gènes impliqués dans la photosynthèse et la biosynthèse des pigments. Nos résultats suggèrent donc que le glucose exerce un effet inhibiteur sur la synthèse des pigments, renforcé par la culture à l’obscurité.
La seconde partie de cette thèse s’est intéressée à la valorisation des hydrolysats d’hémicellulose du bois de peuplier, qui contiennent principalement du xylose, du glucose et de l’acétate. Nous avons évalué la croissance de trois microalgues issues de phylums différents, G. sulphuraria, E. gracilis et A. protothecoides, en présence de ces trois sources de carbone, individuellement et en combinaison. Il est apparu que G. sulphuraria utilisait efficacement le xylose comme source principale de carbone, atteignant des rendements élevés en biomasse et produisant principalement du phytoglycogène et des protéines. E. gracilis, quant à elle, ne métabolisait que l’acétate, tout en accumulant du paramylon pour près de la moitié de son poids sec. Enfin, A. protothecoides montrait une capacité à utiliser l’acétate et le glucose, mais pas le xylose seul. Cependant, en présence d’un mélange des trois substrats, A. protothecoides assimilait le xylose, suggérant une induction du métabolisme du xylose par le glucose et l’acétate. En outre, elle s’est révélé être l’espèce étudiée produisant le plus d’acides gras, avec un taux avoisinant les 20% de sa biomasse sèche.
Dans la dernière partie de notre étude, nous avons exploré le métabolisme du xylose chez A. protothecoides, et en particulier sa capacité à convertir ce sucre en xylitol, un polyol massivement utilisé dans les industries agroalimentaires et pharmaceutiques. Nous avons démontré que l’assimilation du xylose était fortement stimulée par la présence conjointe de glucose et d’acétate, ce qui se traduisait par une conversion quasi stœchiométrique du xylose en xylitol. Une stratégie en fed-batch a permis d’améliorer encore ce rendement, atteignant des valeurs comparables aux microorganismes industriels utilisés pour la bioproduction de xylitol. L’analyse bioinformatique du génome de A. protothecoides a permis d’identifier des transporteurs de xylose putatifs et une xylose réductase atypique, ouvrant la voie à d’éventuelles améliorations par ingénierie métabolique ou génétique.
Ce travail a mis en évidence le potentiel de G. sulphuraria et A. protothecoides pour la valorisation des sous-produits industriels en biomasse et en produits d’intérêt. G. sulphuraria s’est révélée être une candidate idéale pour la conversion du xylose en biomasse riche en acides gras saturés, tandis que A. protothecoides a montré une flexibilité métabolique remarquable permettant une valorisation efficace du xylose en xylitol. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de procédés durables de production de biocarburants et de biomolécules à partir de déchets industriels.
[en] Notre travail s’est focalisé sur l’optimisation de la culture de microalgues en hétérotrophie, en exploitant des substrats carbonés non conventionnels issus de sous-produits industriels. Plus précisément, trois axes de recherche ont été explorés : l’adaptation cellulaire de Galdieria sulphuraria en hétérotrophie en présence de glucose ou de glycérol ; l’utilisation de xylose, de glucose et d’acétate pour la croissance de G. sulphuraria, Euglena gracilis et Auxenochlorella protothecoides ; et enfin, la capacité de A. protothecoides à assimiler le xylose et à produire du xylitol.
La première partie de ce travail s’est concentrée sur la capacité d’adaptation de G. sulphuraria, une microalgue extrêmophile, à l’utilisation du glucose et du glycérol comme sources de carbone en hétérotrophie. Nous avons montré que, bien que la croissance et la composition globale de la biomasse soient similaires en présence des deux substrats, la pigmentation cellulaire était fortement affectée par la présence de glucose. En effet, les cellules cultivées en présence de glucose perdaient leur coloration, contrairement à celles cultivées en présence de glycérol. Cette dépigmentation s’est révélée réversible et accompagnée d’une répression marquée des gènes impliqués dans la photosynthèse et la biosynthèse des pigments. Nos résultats suggèrent donc que le glucose exerce un effet inhibiteur sur la synthèse des pigments, renforcé par la culture à l’obscurité.
La seconde partie de cette thèse s’est intéressée à la valorisation des hydrolysats d’hémicellulose du bois de peuplier, qui contiennent principalement du xylose, du glucose et de l’acétate. Nous avons évalué la croissance de trois microalgues issues de phylums différents, G. sulphuraria, E. gracilis et A. protothecoides, en présence de ces trois sources de carbone, individuellement et en combinaison. Il est apparu que G. sulphuraria utilisait efficacement le xylose comme source principale de carbone, atteignant des rendements élevés en biomasse et produisant principalement du phytoglycogène et des protéines. E. gracilis, quant à elle, ne métabolisait que l’acétate, tout en accumulant du paramylon pour près de la moitié de son poids sec. Enfin, A. protothecoides montrait une capacité à utiliser l’acétate et le glucose, mais pas le xylose seul. Cependant, en présence d’un mélange des trois substrats, A. protothecoides assimilait le xylose, suggérant une induction du métabolisme du xylose par le glucose et l’acétate. En outre, elle s’est révélé être l’espèce étudiée produisant le plus d’acides gras, avec un taux avoisinant les 20% de sa biomasse sèche.
Dans la dernière partie de notre étude, nous avons exploré le métabolisme du xylose chez A. protothecoides, et en particulier sa capacité à convertir ce sucre en xylitol, un polyol massivement utilisé dans les industries agroalimentaires et pharmaceutiques. Nous avons démontré que l’assimilation du xylose était fortement stimulée par la présence conjointe de glucose et d’acétate, ce qui se traduisait par une conversion quasi stœchiométrique du xylose en xylitol. Une stratégie en fed-batch a permis d’améliorer encore ce rendement, atteignant des valeurs comparables aux microorganismes industriels utilisés pour la bioproduction de xylitol. L’analyse bioinformatique du génome de A. protothecoides a permis d’identifier des transporteurs de xylose putatifs et une xylose réductase atypique, ouvrant la voie à d’éventuelles améliorations par ingénierie métabolique ou génétique.
Ce travail a mis en évidence le potentiel de G. sulphuraria et A. protothecoides pour la valorisation des sous-produits industriels en biomasse et en produits d’intérêt. G. sulphuraria s’est révélée être une candidate idéale pour la conversion du xylose en biomasse riche en acides gras saturés, tandis que A. protothecoides a montré une flexibilité métabolique remarquable permettant une valorisation efficace du xylose en xylitol. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement de procédés durables de production de biocarburants et de biomolécules à partir de déchets industriels.
