Analyse systémique du métabolisme carboné et énergétique de Chlamydomonas reinhardtii

par Arnaud Martzolff

Thèse de doctorat en Sciences pour l’Ingénieur, Génie des procédés

Sous la direction de Jack Legrand et de Guillaume Cogne.

Soutenue en 2013

à Nantes .


  • Résumé

    La thèse porte sur le calcul des flux métaboliques de Chlamydomonas reinhardtii, la microalgue modèle, en conditions photoautotrophes dans le but de comprendre la conversion et le stockage de l'énergie. Ce travail a nécessité le développement d'outils méthodologiques incluant (i) la reconstruction d'un réseau métabolique à l'échelle du génome, nommé iAM557, comprenant 557 gènes pour 532 métabolites liés de manière stoechiométrique par 599 réactions métaboliques et (ii) la conception d'un photobioréacteur spécifique à la réalisation d'expériences de marquage au carbone 13 en régime isotopique non stationnaire. Deux approches de calcul des flux métaboliques développées, fondées soit sur une stratégie sous contraintes soit sur l'exploitation de profils d'enrichissements isotopiques collectés au cours des expériences de marquage isotopique, ont permis de modéliser le comportement du système vivant en conditions de croissance pour différentes densités de flux de photons incidentes (200 et 400 μmol/m-2 s-1) et taux de dilution. Le métabolisme en croissance a pu être décomposé en trois processus responsables de la croissance de la biomasse, de la maintenance cellulaire et d'un mécanisme « futile ». Plusieurs scénarios métaboliques probables sont avancés pour expliquer cette dissipation d'énergie sans synthèse de biomasse en présence d'une zone sombre dans le volume réactionnel. L'étude de l'effet d'une restriction azotée (carence et limitation) a mis en évidence une remobilisation des réserves macromoléculaires de la microalgue vers la synthèse de composés glucidiques et notamment d'amidon, une molécule d'intérêt bioénergétique.

  • Titre traduit

    Systemic analysis of carbon and energy metabolism of Chlamydomonas reinhardtii


  • Résumé

    The presented thesis deals with metabolic flux computation of the model microalgae Chlamydomonas reinhardtii under photoautotrophic conditions, in order to understand energy storage and conversion. This work needed the development of methodological tools, such as (i) a genome-scale metabolic network reconstruction, named iAM557, including 557 genes for 532 metabolites connected stoichiometrically by 599 metabolic reactions, and (ii) the design of a specific photobioreactor devoted to isotopic non stationary carbon 13 labeling experiment. Both metabolic flux computation methods, based either on constraints or on isotopic enrichment profiles collected during isotopic labeling experiments, allowed to model living system behavior during growth for different incident photon flux densities (200 and 400 μmol/m-2 s-1) and dilution rates. Growth metabolism was split up into three processes responsible for biomass growth, cell maintenance and a « futile » mechanism. Several proposed metabolic scenarios might explain this energy dissipation without biomass synthesis when a dark zone within the reaction volume occured. The study of nitrogen restriction (deprivation and limitation) featured microalgae macromolecular stock restructuration to synthesize carbohydrates compounds and especially starch, a molecule potientially used as bionergy.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (296 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 271-284

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