Caractérisation des flux de carbone impliqués dans la biosynthèse des exopolysaccharides de la cyanobactérie Arthrospira sp. PCC8005 cultivée en photobioréacteur

par Myriam Phélippé

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Gérald Thouand, Olivier Gonçalves et de Guillaume Cogne.

Soutenue le 15-09-2017

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Université Bretagne Loire (2016-2019) (COMUE) et de Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Soudant.

Le jury était composé de Stéphane Guillouet.

Les rapporteurs étaient Philippe Soudant, Céline Laroche.

mots clés

• ...
• Microalgues
• Cyanobactéries -- usage thérapeutique
• Arthrospira

Résumé

Les microalgues et cyanobactéries sont capables de produire une grande diversité de molécules présentant de potentielles applications dans de nombreux domaines. Parmi ces micro-organismes, la cyanobactérie Arthrospira sp. PCC 8005 produit des exopolysaccharides (EPS) qui présentent des propriétés thérapeutiques. L’objectif est de comprendre les mécanismes de réponse à l’échelle moléculaire dans des conditions de culture favorisant la production des EPS. En effet, ces mécanismes sont finalement responsables du phénotype observé dans un environnement donné. Des approches telles que la métabolomique et les analyses de flux métaboliques permettent la caractérisation du métabolisme et ont donc été appliquées pour l’étude d’Arthrospira sp. PCC 8005. Dans un premier temps, une méthode d’analyse globale a été développée pour le profilage quantitatif par GC-MS des intermédiaires du métabolisme central permettant d’analyser environ 60 % des métabolites du métabolisme central. Par ailleurs, une méthode d’extraction des EPS permettant de vérifier la lyse cellulaire et la contamination des EPS extraits par le glycogène intracellulaire a été mise en place. Grâce à ces outils, les compositions en macromolécules et les signatures métaboliques correspondantes ont pu être déterminées sur Arthrospira sp. PCC 8005 cultivée à différents flux incidents. Le glycogène et des EPS augmentent avec le flux incident de 100 à 1200 μmol.m-2.s-1 et les profils métaboliques et la distribution des flux calculés à partir des compositions obtenues sont cohérents avec les phénotypes observés.

Titre traduit

Characterization of carbon fluxes involved in exopolysaccharides biosynthesis in the cyanobacteria Arthrospira sp. PCC 8005 cultivated in photobioreactor

Résumé

Microalgae and cyanobacteria are able to produce a wide diversity of molecules with applications in various industries. Among them, the cyanobacteria Arthrospira sp. PCC 8005 is known to produce exopolysaccharides (EPS) that have biological properties. In this context, the aim of this study is to better understand molecular scale mechanisms in response to environmental conditions that enhance EPS production because these mechanisms determine the phenotype. With approaches such as metabolomics and metabolic flux analysis, it is possible to characterize metabolism, thus they were used to study Arthrospira sp. PCC 8005 behavior. First, a global analytical method by GC-MS was developed to quantify metabolism intermediates. This method can cover around 60 % of the central metabolism. Besides, the EPS extraction method was evaluated in terms of efficiency and cell lysis to ensure no intracellular glycogen contaminates the quantified EPS. These methods were carried out on Arthrospira sp. PCC 8005 cultivated under different light intensities in photobioreactor. Glycogen and EPS contents increased with light intensities between 100 and 1200 μmol.m-2.s-1 and metabolic profiles and flux distribution were consistent with the phenotypes.