Biologie synthétique de la fixation du carbone chez Chlamydomonas reinhardtii

par Nicolas Boisset

Projet de thèse en Biologie

Sous la direction de Stéphane Lemaire et de François Renaud.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (2015-.... ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Laboratoire de Biologie Moléculaire et Cellulaire des Eucaryotes (laboratoire) , Fixation du carbone, réponses aux stresses et contrôle redox (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    En raison de leur capacité à fixer le CO2 via un processus durable dépendant de l'énergie solaire, les microalgues sont des organismes prometteurs pour le développement de concepts innovants pour produire des biocarburants et des matières premières chimiques. Un défi majeur pour l'exploitation de ces organismes est d'augmenter l'efficacité de leur photosynthèse, actuellement limitée par la fixation du CO2 par le cycle de Calvin-Benson (CBC). L'objectif du travail de thèse est de combiner la biologie synthétique (ingénierie génétique et métabolique, méthodologie Design/Build/Test/Learn) et la biologie des systèmes (protéomique, métabolomique) pour comprendre et améliorer la fixation photosynthétique du carbone chez l'algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Cette microalgue eucaryote est un organisme modèle majeur pour l'étude de la photosynthèse et possède un très grand potentiel biotechnologique. Le travail de thèse visera à : 1/ identifier les enzymes limitantes par des analyses de contrôle métabolique, 2/ analyser l'importance des régulations post-traductionnelles sur le contrôle des enzymes du CBC, 3/ lever les goulets d'étranglement principaux par optimisation de la stœchiométrie et de la régulation des 11 enzymes. Ces travaux s'appuieront sur un kit de biologie synthétique MoClo de plus de 130 biobriques développé dans l'équipe et sur une collection d'outils et technologies disponibles au laboratoire (collection de mutants et d'anticorps, tests d'activité, toutes les enzymes du CBC et leurs régulateurs purifiées, technologie CRISPR-Cas…). Ce projet apportera de nouvelles connaissances fondamentales sur la fixation du carbone qui pourraient ouvrir la voie au développement de souches synthétiques ultraperformantes d'intérêt industriel.

  • Titre traduit

    Synthetic biology of carbon fixation in Chlamydomonas reinhardtii


  • Résumé

    Due to their ability to fix CO2 via a sunlight-driven and sustainable process, phototrophic microbes are regarded as promising organisms for the development of innovative concepts to produce biofuels and high value feedstocks for the chemical industry. A major challenge for exploitation of these organisms is to increase the efficiency of their photosynthesis which is presently limited by the CO2 fixing Calvin-Benson cycle (CBC). The aim of this PhD project is to combine synthetic biology (genetic and metabolic engineering, Design/Build/Test/Learn methodology) and systems biology (proteomics, metabolomics) to understand and improve photosynthetic carbon fixation in the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii. In addition to be a major model organism, this eukaryotic microalga has an important biotechnological potential. The PhD work will aim at: 1/ identifying limiting enzymes through metabolic control analyses, 2/ underpin the impact of post-translational modifications of CBC enzymes and, 3/ Unlock the major flux bottlenecks through optimization of the regulation and stoichiometry of the 11 CBC enzymes. This work will take advantage of the synthetic biology MoClo toolkit composed of more than 130 biobricks recently developed by our team as well as a variety of tools and technologies already available in the laboratory (collections of mutants and antibodies, activity assays, CBC enzymes and regulators already purified, CRISPR-Cas9…). This project will bring novel knowledge on carbon fixation that shall pave the way to building ultra-performant synthetic strains with high industrial potential.