Ingénierie métabolique de la levure Yarrowia lipolytica pour la production d'acides gras pairs et impairs

par Young kyoung Park (Park / kim)

Projet de thèse en Biotechnologies

Sous la direction de Jean-Marc Nicaud.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement et Santé , en partenariat avec MICALIS- Microbiologie de l'Alimentation au service de la santé humaine (laboratoire) , UMR Micalis - Pôle Biologie des Systèmes Equipe BimLip Biologie intégrative du métabolisme lipdique microbien (equipe de recherche) et de AgroParisTech (France) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Compte tenu de l'augmentation de l'environnement et de l'énergie, les huiles microbiennes (lipides et produits dérivés d'acides gras provenant de sources microbiennes) sont considérées comme des alternatives prometteuses aux combustibles fossiles qui peuvent être utilisées pour la production de biocarburants et d'huiles chimiques. Les huiles microbiennes présentent de multiples avantages par rapport aux huiles végétales ou animales, telles qu'elles ne sont pas compétitives avec les aliments, moins susceptibles d'être saisonnière et sélectives sur le plan de la composition. Yarrowia lipolytica est une plate-forme levure très prometteuse pour la production de lipides. Y. lipolytica a été soigneusement étudié et appliqué industriellement pour la production de caroténoïdes et d'acides gras polyinsaturés. Différents outils moléculaires et bioinformatiques permettent des "stratégies d'ingénierie métabolique des systèmes" dans Y. lipolytica, qui peuvent produire des acides gras habituels et inhabituels. Les acides gras habituels s'accumulent à travers plusieurs voies telles que la synthèse, le transport et la dégradation des acides gras / triacylglycérol. Les acides gras inhabituels ne sont pas synthétisés naturellement chez l'hôte, mais sont plus utiles et économiquement viables pour la commercialisation. Parmi les acides gras inhabituels, les acides gras à chaînes impaires ont une large gamme d'applications. Par exemple, ils ont été utilisés comme normes internes quantitatives et biomarqueurs pour l'évaluation de l'apport alimentaire alimentaire, le risque de maladie coronarienne (CHD) et le risque de diabète de type II (T2D). Ils ont également un impact positif sur la qualité des biocarburants. En outre, les acides gras et les dérivés de la chaîne impaire sont des précurseurs pour la fabrication de produits chimiques agricoles, d'aromatisants aromatisants et de parfums, de produits pharmaceutiques, de produits cosmétiques, de plastifiants, de revêtements et de produits chimiques industriels. Ce projet vise à produire efficacement des quantités élevées d'acides gras à chaîne égale ou impaire dans Y. lipolytica et à permettre cela; De nouveaux outils pour faciliter la manipulation de ce microorganisme seront développés (Objectif 1). Ces outils de biologie synthétique permettraient de surmonter les limites indigènes des levures non conventionnelles et permettraient d'accéder aux stratégies d'ingénierie qui n'étaient autrefois applicables que dans les systèmes de modèle tractable. Ces outils seront développés de manière modulaire, ce qui leur permettra d'être appliqués dans des souches sauvages de différentes origines. Deuxièmement, la production d'acides gras à chaînes impaires sera réalisée en utilisant des souches faites sur Y. lipolytica (Objectif 2). Nos données préliminaires suggèrent que l'acide propionique est un substrat crucial pour la synthèse d'acides gras à chaîne impaire. Une étude plus approfondie du métabolisme de l'acide propionique et la construction de souches recombinantes pour améliorer l'accumulation d'acides gras de chaînes impaires seront effectuées. Parallèlement, une voie synthétique de propionyl-CoA (précurseur principal pour les acides gras à chaîne impaire) dans Y. lipolytica sera construite (Objectif 3). Cette voie de novo peut permettre de remplacer l'acide propionique par la large gamme de substrats peu coûteux. Les approches décrites ci-dessus finiraient par exploiter les avantages innés de Y. lipolytica pour la production économique d'acides gras de chaînes impaires ainsi que de petites molécules et de protéines.

  • Titre traduit

    Metabolic engineering of the yeast Yarrowia lipolytica for the production of even and odd fatty acids


  • Résumé

    With the increasing environmental and energy concern, microbial oils (lipids and fatty acid-derived products from microbial sources) are regarded as promising alternatives to fossil fuels that can be used for the production of biofuels and oleo-chemicals. Microbial oils present multiple advantages over plant oils or animal fats, such as they are not competitive with foods, less susceptible to seasonal availability, and compositionally selective. Yarrowia lipolytica is a very promising platform for the production of lipids. Y. lipolytica has been thoroughly studied and also industrially applied for the production of recombinant carotenoid and polyunsaturated fatty acid. Different molecular and bioinformatic tools permit “systems metabolic engineering strategies” in Y. lipolytica, which can produce both usual and unusual fatty acids. Usual fatty acids accumulate through several pathways such as synthesis, transport, and degradation of fatty acid/triacylglycerol. Unusual fatty acids are not naturally synthesized in the host, but are more valuable and economically viable for commercialization. Among unusual fatty acids, odd chain fatty acids have a broad range of application. For instance, they have been used as quantitative internal standards and biomarkers for dietary food intake assessment, coronary heart disease (CHD) risk, and type II diabetes mellitus (T2D) risk. They also have a positive impact in the quality of biofuels. Furthermore, the odd chain fatty acids and derivatives are precursors for manufacturing agricultural chemicals, flavor and fragrance intermediates, pharmaceuticals, cosmetics, plasticizers, coatings, and industrial chemicals. This project aims to efficiently produce high amounts of even and odd chain fatty acids in Y. lipolytica and to allow this; novel tools to facilitate the manipulation of this microorganism will be developed (Objective 1). These synthetic biology tools would allow overcoming the native limitations of non-conventional yeasts and would provide access to the engineering strategies that have previously been applicable only in tractable model systems. These tools will be developed in a modular way, which allow them to be applied in wild type strains from different origins. Second, production of odd chain fatty acids will be performed by using tailor-made Y. lipolytica strains (Objective 2). Our preliminary data suggests that propionic acid is a crucial substrate for the synthesis of odd chain fatty acids. Further investigation of the propionic acid metabolism, and construction of recombinant strains to improve the odd chain fatty acids accumulation will be performed. In parallel, a synthetic pathway of propionyl-CoA (main precursor for odd chain fatty acids) in Y. lipolytica will be constructed (Objective 3). This de novo pathway may permit substituting propionic acid by the wide range of inexpensive substrates. The above described approaches would eventually leverage the innate advantages of Y. lipolytica for the economical production of odd chain fatty acids as well as small molecules and proteins.