Ingénierie Métabolique d'E. Coli B-5318 surproductrice de thréonine. Combinaison des analyses physiologiques et transcriptomiques pour l'amélioration rationnelle des couches

par Jérome Maury

Thèse de doctorat en Microbiologie et biocatalyse industrielles

Sous la direction de Nicholas David Lindley.

Soutenue en 2004

à Toulouse, INSA .


  • Résumé

    La thréonine est généralement considérée comme le troisième acide aminé limitant dans l’alimentation animale. Ajinomoto, leader mondial pour la production de thréonine, possède les brevets d’exploitation de différentes souches d’E. Coli surproductrices de thréonine, comme E. Coli B-5318, l’objet de notre étude. L���analyse des cinétiques de fermentation et de la répartition des flux métaboliques au niveau du phosphoénolpyruvate a montré une évolution défavorable à la production de thréonine au fur et à mesure de la culture. L’activite pyruvate kinase (PYK) a été déterminée comme la première cible génétique à modifier pour améliorer la production de thréonine. Les délétions des gènes pykA ou pykF, codant les deux activités PYK d’E. Coli, ont permis d’augmenter le rendement de production de thréonine d’environ 16%. La comparaison de l’analyse globale de l’expression des gènes dans les souches industrielles E. Coli B-5318 et dans les souches de laboratoire E. Coli MG1655 a permis de dévoiler des phénomènes de compensation envers la délétion de pykA ou pykF. Egalement, l’induction d’une voie de dégradation de la thréonine inattendue dans nos conditions de culture a été mise en évidence dans les souches industrielles. Enfin, les surexpressions dans les souches E. Coli B-5318 de tous les gènes de la voie de biosynthèse de thréonine, de gènes codant des enzymes de voies de biosynthèse d’acides aminés proches de celle de la thréonine ou plus éloignées, de gènes impliqués dans la réponse au stress osmotique, ou répondant à la présence de formiate et à l’anaérobiose ont été montrées.

  • Titre traduit

    Metabolic Engineering of E. Coli B 5318 overproducing threonine. Combination of physiological and transcriptomic analyses for the rational improvement of the strains


  • Résumé

    Threonine is usually considered to be the third most limiting amino acid in animal feed. Ajinomoto, the world leader for threonine production, possesses patents for the exploitation of different E. Coli strains overproducing threonine including E. Coli B-5318, the object of this study. Coupled analyses of fermentation kinetics and of metabolic flux quantification at the phosphoenolpyruvate node allowed us to demonstrate the extent of flux through pyruvate kinase throughout the culture. Pyruvate kinase activity is therefore the first genetic target for strain improvement. Deletions of either pykF or pykA, the genes encoding the two pyruvate kinases of E. Coli, were undertaken and lead to an increase in threonine yield of about 16%. Comparison between the global gene expression profiles of the industrial strains E. Coli B-5318 and of the laboratory strains E. Coli MG1655 revealed adaptation of the cells towards deletion of pykA and pykF. Induction of a non expected threonine degradation pathway was demonstrated. The overexpression of genes encoding enzymes involved in the biosynthesis of threonine, in the biosynthesis of amino acids closely or more distantly related to threonine was observed. Some genes implicated in osmotic stress, in anaerobiosis and formate metabolism were also shown to be overexpressed in threonine overproducing strains.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (310p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 269

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées. Bibliothèque centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004/743/MAU
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