Etude d'un système de transition basé sur des acides gras dans les processus d’encapsulation de biomolécules : vers un nouveau modèle de cellule minimale

Study of transition system in biomolecules encapsulation processes : toward a new model of minimal cell

• Auteur / Autrice : David Garenne
• Direction : Jean-Paul Douliez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 12/12/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie du fruit et pathologie
• Jury : Président / Présidente : Philippe Barthélémy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Baret, Cédric Gaillard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Saïd Bouhallab, Denis Renard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules -- Compartimentation

Acides gras

Biologie de synthèse

Biomolécules

Encapsulation (chimie)

Mots clés libres

Compartiments

Acides gras

Biologie de synthèse

Cellule minimale

Réaction enzymatique

Métabolisme

Spiroplasma citri

Compartment

Fatty acids

Synthetic biology

Minimal cell

Enzymatic reactions

Metabolism

Spiroplasma citri

Résumé

La compartimentation est un aspect fondamental dans la compréhension de l’apparition de la vie sur terre mais aussi dans l’élaboration de cellules minimales. Les coacervats sont capables de séquestrer de grandes quantités de molécules par diffusion depuis le milieu extérieur mais ne permettent pas d’encapsuler ces molécules à cause de l’absence de barrière physique entre le milieu intérieur et extérieur. Les vésicules quant à elles, ne permettent pas de séquestrer de grandes quantités de molécules à cause de la bicouche membranaire qui empêche la diffusion des molécules depuis le milieu extérieur. Nous avons développé une nouvelle méthode pour encapsuler des biomolécules basées sur une transition de coacervats à vésicules. Notre système basé sur des acides gras saturés à longues chaînes, peut former des coacervats pour séquestrer des biomolécules puis des vésicules en diminuant le pH pour encapsuler les molécules préalablement séquestrées. Les résultats montrent des taux d’encapsulation supérieurs à ceux obtenus par les méthodes d’encapsulation basées sur l’hydratation de films lipidiques. L’encapsulation d’enzymes ainsi que des substrats de la réaction dans les vésicules ont permis de montrer l’accomplissement de réactions enzymatiques dans ces compartiments de manière beaucoup plus rapide qu’en milieu dilué permettant de générer un bioréacteur efficace. La synthèse de protéines ainsi que l’accomplissement de voies métaboliques n’ont pas été clairement mises en évidence dans les vésicules et constituent un élément décisif dans l’élaboration d’un nouveau modèle de cellule minimale.

Compartmentalization is of importance for our understanding of the emergence of life on earth but also for the development and design of minimal cells. Coacervation phenomenon allows spontaneous sequestration by molecular diffusion from aqueous medium but do not allow encapsulation of molecule inside. On the contrary, vesicular systems do not allow spontaneous encapsulation of molecules inside. Here we introduce a model built from saturated long chain fatty acids. This system can form both membranous vesicles and membrane free coacervated droplets that result from clouding by decreasing ph. We have shown that a large amount of proteins is encapsulated into vesicles after pre-crowding into coacervated. Encapsulation of enzyme in vesicles allow to increase the reaction rate compared to the reaction rate in diluted medium. Synthesis of proteins by cell-free system and metabolic reactions with proteins of mollicutes have not clearly been shown but they represent an essential element in the development of a minimal cell.