Création d'enzymes multimodulaires à façon dédiées à la dégradation de substrats complexes

Non communiqué

• Auteur / Autrice : Louise Badruna
• Direction : Michael O'Donohue, Cédric Montanier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie Microbienne et Enzymatique
• Date : Soutenance le 27/11/2017
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés / LISBP
• Jury : Président / Présidente : Didier Combes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michael O'Donohue, Cédric Montanier, Cecile Herve
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Christine Ralet, Thierry Vernet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Immunocytochimie

Mots clés libres

Enzyme multimodulaire

Immunocytochimie

Jo et In

CBM

Xylanase

Paille de blé

Multimodular enzyme

Immunocytochemistry

Jo and In

CBM

Xylanase

Wheat straw

Résumé

Pour réduire notre empreinte carbone sur l’environnement, il est urgent de développer des procédés industriels utilisant une source de carbone renouvelable comme la biomasse lignocellulosique. La paroi cellulaire végétale est un enchevêtrement complexe de cellulose, d’hémicelluloses et de lignines. Elle résiste aux attaques biologiques et chimiques mais limite le développement d’une bioéconomie responsable. Dans la Nature, des enzymes multimodulaires produites par certains microorganismes peuvent la déconstruire. Toutefois, ces enzymes sont majoritairement étudiées sur des substrats artificiels ou purifiés. Dans cette thèse, nous proposons de les étudier sur des substrats broyés puis des coupes de paille de blé brutes. Les enzymes multimodulaires sont préparées à façon en utilisant la propriété d’association covalente des protéines Jo et In. Nous avons ainsi associé la xylanase NpXyn11A de N. patriciarum avec deux modules non catalytiques : le CBM3a de C. thermocellum ou le CBM2b1 C. fimi ciblant la cellulose ou les xylanes respectivement. Les propriétés biochimiques de ces protéines chimériques ont été comparées aux modules sauvages. L’activité enzymatique des protéines chimériques a ensuite été étudiée sur des substrats solubles, jusqu’à des substrats insolubles comme le son et la paille de blé, notamment par immunocytochimie. Ce travail a mis en évidence l’importance de la relation enzymes/substrats pour une caractérisation in muro d’activité enzymatique et une meilleure compréhension de la déconstruction de la biomasse végétale.

In order to reduce our carbon footprint on the environment, it is more than urgent to develop new industrial process using a renewable carbon source such as lignocellulosic biomass. Plant cell walls consist of a complex network of cellulose, hemicelluloses and lignins that cross-link with each other mainly via non-covalent bonds. It is thus hardly surprising that plant biomass is rather recalcitrant to chemical or biological degradation. In the present era marked by the desire to build a green bioeconomy, this recalcitrance remains a key point. In Nature, the plant-based organic carbon contained within plant cell walls is mainly recycled by the action of cellulolytic microorganisms, producing multimodular enzymes. However, these enzymes are mainly characterized on artificial or purified substrates. In this thesis, we proposed to study multimodular enzymes on raw substrates such as wheat straw sections. The studied multimodular enzymes were associated thanks to the use of two small proteins Jo and In. Thus, we associated the xylanase NpXyn11A from N. patriciarum with two non-catalytic modules: CBM3a from C. thermocellum or CBM2b1 from C. fimi targeting cellulose or xylans respectively. Biochemical properties of these chimeric proteins and wild-type modules have been compared. The enzymatic activity of chimeric proteins has been studied on soluble substrates and compared to the activity on insoluble substrates, mainly by immunocytochemistry. This work highlighted the importance of the relationship enzymes/substrates and its key role to better understand the biomass deconstruction in muro.