Développement d’outils de criblage à haut débit d’enzymes de type oxydoréductases pour la valorisation de lignines

Development of high-throughput oxidoreductase screening tools for the depolymerization of lignins

• Auteur / Autrice : Justine Dillies
• Direction : Vincent Senez, Rénato Froidevaux, Céline Vivien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Date : Soutenance le 18/10/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Viollette - Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imprimantes à jet d'encre

Laccase

Détérioration

Polymères

Lignine

Mots clés libres

Dépolymérisation enzymatique

Films solides

Impression jet d’encre

Lignocellulosic biomass

Résumé

L’augmentation du prix des ressources fossiles, l’incertitude quant à leur disponibilité à long terme et les préoccupations environnementales orientent les recherches vers l’exploitation de matières premières abondantes, renouvelables et ayant un potentiel de valorisation à haute valeur ajoutée. Des technologies alternatives sont également recherchées dans le but de réduire les atteintes à l’environnement, notamment en termes d’émissions de dioxyde de carbone. La biomasse lignocellulosique entre dans ces critères et sa valorisation suscite beaucoup d’intérêt au cours de ces dernières années (la lignine principalement qui est le deuxième composé le plus abondant de la biomasse lignocellulosique après l’hémicellulose). La lignine est un polymère phénolique complexe mais récalcitrant à cause de son insolubilité dans les milieux aqueux. Sa valorisation par dépolymérisation enzymatique représente donc un enjeu majeur dans le but d’obtenir des composés de faibles masses moléculaires à haute valeur ajoutée tel que la vanilline. La dépolymérisation enzymatique de la lignine nécessite l’utilisation de médiateur(s) qui sont de petites molécules jouant le rôle d’intermédiaire dans la réaction d’oxydation de la laccase (appelé le « Système Laccase-Médiateur » (LMS)). Une très grande diversité de lignines, d’enzymes ainsi que de médiateurs sont présents de par leur source très variées, ce qui rend nécessaire de développer des outils permettant le criblage de toutes ces conditions enzymatiques sur les lignines. Cependant, l’insolubilité des lignines dans les milieux aqueux (milieu d’activité optimal pour les réactions enzymatiques) rend difficile leur dépolymérisation enzymatique en milieu liquide. Dans ces conditions, nous avons développé un outil de criblage enzymatique permettant de visualiser une dépolymérisation enzymatique en milieu solide (lignine sous forme de films solides ou de micro-dépôts solides). La lignine sous forme de films solides a été réalisée par la technique du spin-coating et sous forme de micro-dépôts solides par la technologie d’impression jet d’encre.

The increase in the price of fossil fuels, the uncertainty of their long-term availability and environmental concerns are guiding research towards the exploitation of abundant, renewable raw materials with a high added value potential. Alternative technologies are also being sought to reduce environmental damage, particularly in terms of carbon dioxide emissions. Lignocellulosic biomass falls within these criteria and its valorization is of great interest in recent years (mainly lignin, which is the second most abundant compound of lignocellulosic biomass after hemicellulose),. Lignin is a complex phenolic polymer but recalcitrant because of its insolubility in aqueous media. Its valorization by enzymatic depolymerization thus represents a major challenge in order to obtain compounds of low molecular weight with high added value such as vanillin. The enzymatic depolymerization of lignin requires the use of mediator(s) which are small molecules acting as intermediates in the laccase oxidation reaction (called "Laccase-Mediator System" (LMS)). A great diversity of lignins, enzymes and mediators are present from their very varied source, which makes it necessary to develop tools to screen all these enzymatic conditions on lignins. However, the insolubility of lignins in aqueous media (optimal activity medium for enzymatic reactions) makes their enzymatic depolymerization in liquid medium difficult. Under these conditions, we developed an enzymatic screening tool to visualize an enzymatic depolymerization in solid medium (lignin in the form of solid films or solid micro-deposits). Lignin in the form of solid films has been produced by the spin-coating technique and in the form of solid micro-deposits by inkjet printing technology.