Développement d'un système de petits bioréacteurs pressurisables utilisés pour évaluer le comportement de Saccharomyces cerevisiae sous différentes pressions de CO₂ et d’O₂

Development of a system of small pressurizable bioreactors used to assess Saccharomyces cerevisiae's behaviour under CO₂ and O₂ pressure

• Auteur / Autrice : Na Cui
• Direction : Benoît Fiorina, Patrick Perré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 21/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Xiaoli Sun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carole Camarasa, Frank Delvigne, Tiphaine Clement, Laurent Kuras, Victor Pozzobon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Camarasa, Frank Delvigne
• DOI : 10.70675/591b8cfdzacfaz4415zbf13ze238090e2b76

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Bioréacteurs

Cultures microbiennes

Mots clés libres

Saccharomyces cerevisiae

Pression

Stress oxydant

Antioxydant

Glutathion

Saccharomyces cerevisiae

Pressure

Oxidative stress

Antioxidant

Glutathione

Résumé

Les domaines d'application de la levure sont vastes, allant de la nourriture, de la brasserie à l'énergie verte. La levure Saccharomyces cerevisiae est l'espèce dominante à l’échelle mondiale. En outre, S. cerevisiae est également un organisme modèle important dans la recherche sur la biologie cellulaire moderne et est l'un des micro-organismes eucaryotes les plus étudiés.Ce travail se concentre sur le comportement des cultures de levures exposées à la pression induite par le CO₂ et l'O₂. La pression maximale étudiée est de 9 bar (A) car la pression la plus élevée pouvant être atteinte dans les bioréacteurs à l'échelle industrielle est de 8 bar (A). Afin d'exposer la culture de levure à des conditions de pression, de nouveaux bioréacteurs ont été construits et caractérisés. Deux expériences sont conçues : des expériences pour étudier la croissance des levures et des métabolites sous pression, ainsi que les expériences de biologie moléculaire pour mieux comprendre le comportement des cellules de levures sous différentes pressions d'O₂.La première expérience a permis de mieux comprendre l'influence des pressions de CO₂ et O₂ sur le comportement de culture de S. cerevisiae. En ce qui concerne l’impact du CO₂, l'étude a montré que la culture de levure a des comportements constants sous différentes pressions. Alors qu'en termes de pression O₂, sous 2 à 5 bars (A) de pression atmosphérique, les cellules de levure présentent des taux de croissance plus élevés par rapport à la pression atmosphérique. De plus, le glutathion moléculaire antioxydant a maintenu un équilibre redox. En dessous de 6 à 9 bars (A), la croissance cellulaire est inhibée et 9 bars (A) entraînent une accumulation excessive de glutathion oxydé.D'un autre côté, l'expérience moléculaire a permis de mieux comprendre le comportement de la culture sous les pressions d'O₂. L'étude de plusieurs gènes induits par le stress oxydatif a mis en évidence les effets cellulaires du stress oxydatif et la réponse des mécanismes moléculaires dans les cellules de levure. Il a été démontré que plusieurs gènes induits par le stress oxydatif étaient régulés à la hausse : le gène du facteur de transcription Msn2/4 et Yap 1, les gènes du métabolisme du glutathion GSH2 et GLR, ainsi qu'un gène de synthèse de la superoxyde dismutase SOD2.

Yeast fields of application are extensive, ranging from food, brewing to green energy. The yeast Saccharomyces cerevisiae is the worldwide dominating species. In addition, S. cerevisiae is also an important model organism in modern cell biology research and is one of the most thoroughly studied eukaryotic microorganisms.This work focuses on the behaviour of yeast culture exposing to pressure induced by CO2 and O2. The pressure is set up to 9 bar (A) due to the highest pressure can be reached in industrial scale bioreactors is 8 bar (A). In order to expose yeast culture to pressure conditions, new bioreactors were built and characterised. Two experiments are designed: an experiment to investigate the yeast growth and the metabolites under pressure, as well as the molecular biology experiments to better understand yeast cells behaviour under various O₂ pressure.The first experiment has offered a better understanding of the influence of CO₂ and O₂ pressures on S. cerevisiae culture behaviour. Regarding the impact of CO₂, the study has shown that the yeast culture has consistent behaviours under different pressures. While, in terms of O₂ pressure, under 2 to 5 bar (A) air pressure, yeast cells show higher growth rates compared with atmospheric pressure. Furthermore, the antioxidant molecular glutathione kept a redox balance. Under 6 to 9 bar (A), the cells growth is inhibited and 9 bar (A) leads to the excessive oxidised glutathione accumulation.On the other hand, the molecular experiment has derived further insights on the culture behaviour under O2 pressures. The investigation of several oxidative stress induced genes has highlighted the cellular effects of oxidative stress induced by oxygen pressure and molecular mechanisms of oxidative stress response in yeast cell. It was shown that several oxidative stress induced genes were upregulated: transcription factor gene Msn2/4 and Yap 1, glutathione metabolism genes GSH2 and GLR, as well as a superoxide dismutase synthesis gene SOD2.