Biosynthèse d'hydrocarbures dérivés des acides gras chez les microalgues

Biosynthesis of fatty acid-derived hydrocarbons in microalgae

• Auteur / Autrice : Damien Sorigue
• Direction : Yonghua Li-Beisson, Frédéric Beisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 06/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Commissariat à l'énergie atomique (France). Département de biologie moléculaire et structurale
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Carrière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Brigitte Thomasset, Gilles Peltier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jérôme Joubès, Fayza Daboussi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Alcènes

Alcanes

Bioénergétique

Mots clés libres

Alkanes

Alkenes

Bioénergies

Photoenzyme

Microalgae

Alkanes

Alkenes

Biofuels

Photoenzyme

Microalgae

Résumé

Les alcanes et les alcènes sont des hydrocarbures non cycliques important dans l’industrie. Ils sont synthétisés à partir d'acides gras par une grande variété d’organismes mais les connaissances à ce sujet sont très limitées chez les microalgues. Le but de ces travaux était donc de rechercher la présence d’alcanes ou d’alcènes dans diverses microalgues modèles, et d’essayer d’identifier la ou les enzymes responsables de la synthèse de ces composés. Nous avons mis en évidence la présence d’hydrocarbures linéaires en C15-C17 chez les microalgues Chlorella et Chlamydomonas. Ces composés étaient synthétisés uniquement en présence de lumière. L’absence dans le génome de ces microalgues d’homologues de gènes codant pour des enzymes connues de synthèse d’alcanes/alcènes a permis de conclure à la présence d’un nouveau système de synthèse d’hydrocarbures. Des purifications enzymatique et des analyses protéomique ont permis d’identifier une enzyme candidate qui exprimée chezE. coli est suffisante à la synthèse d’hydrocarbures. L'étude de cette enzyme révella qu'il s'agissait d'une photoenzyme utilisant l'énergie des photons bleue pour décarboxyler les acides grass en alca(e)ne. La structure de cette photoenzyme montre la présence un tunnel hydrophobe contenant l’acide gras et le cofacteur FAD. Cette nouvelle enzyme nommée « alcane photosynthase » amène de nombreuses question: qu'elle est la fonction des hydrocarbures chez ces microorganismes? Quel est le mécanisme catalytique de l’alcane photosynthase? Enfin, elle offre de nouvelles possibilités pour la production de biocarburants utilisant directement l’énergie solaire.

Alkanes and alkenes are important in industry. Alkanes and alkenes are synthesized from fatty acids by a variety of organisms, such as plants and insects. However, the presence in microalgae of enzymes converting fatty acids into hydrocarbons has been poorly studied. The aim of this work was to investigate the presence of alkanes and alkenes in various microalgae models, and try to identify the enzymes responsible for the synthesis of these compounds.We have first demonstrated the presence of linear hydrocarbons C15-C17 in microalgae Chlorella and Chlamydomonas. Then we have shown that the main hydrocarbon formed in Chlorella and Chlamydomonas was derived from cis-vaccenic acid and was synthesized only in the presence of light. Absence of homologues of genes coding for known alkane/alkene biosynthetic enzymes in the genome of Chlorella and Chlamydomonas indicate the presence of an unknown pathway. Enzymatic purification and proteomic analysis allowed to identify a candidate enzyme which, expressed in E. coli lead to the formation of hydrocarbons with variable chain lengths, thus demonstrating that it was really an synthase alkane. Characterization showed that the enzyme was a photoenzyme, which used blue light to catalyse the decarboxylation of fatty acid to an alka(e)ne. The three-dimensional structure of this enzyme revealed a hydrophobic tunnel containing the fatty acid and the FAD cofactor.