Obtention, séparation et purification des molécules anti-UV biosourcées par couplage d'un procédé de fermentation avec des techniques séparatives

par Jeanne Combes

Projet de thèse en Biotechnologies

Sous la direction de Michel Lopez, Irina Ioannou et de Nabila Imatoukene.

Thèses en préparation à Paris, Institut agronomique, vétérinaire et forestier de France , dans le cadre de École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....) , en partenariat avec Chaire ABI (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le projet SINAPUV, financé par l'ANR pour 4 ans, a démarré en septembre 2017 et regroupe un consortium de trois laboratoires académiques et deux industriels. L'objectif est de développer une bibliothèque de molécules anti-UV à partir d'acides cinnamiques dérivés de la voie des phénylpropanoides. Dans ce contexte global, le projet vise à couvrir la chaine de production, de l'ingénierie métabolique permettant l'expression de la voie des phénylpropanoides dans un organisme chassis de type bactérie ou levure, à la formulation de produits cosmétiques incorporant les molécules aux propriétés les plus prometteuses. Dans ce contexte global, le projet de thèse en particulier a pour objectif la mise en œuvre des souches productrices en bioréacteurs et l'optimisation des conditions de production et d'extraction des molécules produites. La première partie du projet consistera en l'optimisation des paramètres de fermentation afin de comprendre l'influence du procédé de fermentation sur la production des acides cinnamiques et maximiser le titre des molécules produites. Les paramètres de culture tels que la composition du milieu, le pH, la température et le niveau d'aération ont un impacte non négligeable sur la croissance et le métabolisme des microorganismes. Afin de maximiser le rendement du procédé fermentaire, il convient donc de déterminer les conditions les plus favorables à la production des molécules d'intérêt par les microorganismes mis en œuvre. Pour ce faire le candidat aura à explorer à l'aide de plans d'expériences, quels sont les paramètres les plus influents sur le procédé puis opérer la montée en échelle en bioréacteur dans les conditions optimales. La seconde partie consistera en l'étude des paramètres d'extraction des molécules en solution dans le moût de fermentation. Le milieu de fermentation est un milieu complexe contenant des composés essentiels pour la croissance des microorganismes (composés ioniques multivalents, etc.), ainsi que des coproduits tels que des acides organiques et des protéines, qui rendent plus difficile la récupération des molécules d'intérêt produites par les microorganismes. Afin de pouvoir développer un procédé de production intensifié des acides cinnamiques avec un rendement maximisé, des techniques de séparation et purification pouvant être couplées à la fermentation seront envisagées. Dans un premier temps le milieu de fermentation pourra être séparé des cellules par microfiltration (MF). Des aspects tels que le flux de perméat et le colmatage seront évalués pour la sélection d'une membrane adaptée. L'effet de la filtration sur la viabilité des cellules sera étudié par cytométrie de flux. Le perméat résultant de la MF pourra être traité par des opérations telles que la nanofiltration (NF) ou les contacteurs à membranes. Le procédé le plus performant sera choisi en fonction du rendement, de la pureté, du coût et de l'empreinte environnementale. La dernière étape consistera à l'optimisation des conditions opératoires du procédé sélectionné.

  • Titre traduit

    Obtaining, separating and purifying biosourced anti-UV molecules by coupling a fermentation process with separation techniques


  • Résumé

    Anti-UV compounds represent a huge market in the cosmetics industries for their capacity to protect humans from sun damages. Unfortunately, current anti-UV compounds used in cosmetics (e.g., octinoxate) are being criticized for their toxicity towards the endocrine system and their allerginicity. Moreover, being fossil-based, their price is extremely fluctuant. Under these considerations, producing renewable and non-toxic anti-UV compounds from biomass is a research topic for which the industrial/societal demand for cutting-edge technologies is very high. The first part is aiming at optimizing the fermentation conditions (e.g., the product yield). The influence of different fermentation parameters (e.g., aeration, pH, temperature, composition) on the chemical production yield will be assessed using a DoE. The fermentation broth is a complex mixture, whose intermediates content may vary depending on the production yield. On the other hand, content lower production may have a direct impact on the extraction/separation yield. The second part of the project is about the downstream process. Model solutions with different compositions representatives of the fermentation broth composition should be processed using microfiltration (MF) coupled to nanofiltration (NF) as well as MARE. These technologies will be evaluated and optimized separately and independently of the fermentation coupling, first with model solutions and later with a real fermentation broth. This procedure will allow determining the potential of each technology in the selective separation of the target molecules. In order to assure the process scaling-up only commercial membranes will be tested.Only one of them will be selected to perform the optimization of the subsequent fermentation coupling.