Ingénierie métabolique d'actinobactéries pour la production d'arômes

Metabolic engineering of actinobacteria for the production of flavours

• Auteur / Autrice : Luisa Ferreira dos santos
• Direction : Jean-Luc Pernodet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance en 2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Pernodet, Florence Mathieu, Christophe Corre, Yanyan Li, Véronique De berardinis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Mathieu, Christophe Corre

Mots clés

Mots clés libres

Actinobactérie

Arômes naturels

Ingénierie métabolique

Actinobacteria

Natural flavors

Metabolic engineering

Résumé

Cette thèse a été réalisée en collaboration avec ENNOLYS, une société de biotechnologies spécialisée dans la production de biomasse, d'enzymes et de molécules aromatiques naturelles. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce projet de thèse est l'ingénierie métabolique d'actinobactéries, dont celles du genre Amycolatopsis, pour le développement et l'amélioration de procédés de bioproduction de molécules aromatiques naturelles, dont la vanilline. Pour ce faire, nous avons séquencé le génome de la souche industrielle Amycolatopsis ZYL926 afin de mieux connaitre ses potentialités dans la production de métabolites spécialises ainsi que dans la biosynthèse de la vanilline. De plus, par comparaison de séquence nous avons pu identifier des gènes impliqués dans la dégradation de la vanilline (ou de ces intermédiaires de biosynthèse). Ensuite, nous avons identifié des outils (vecteurs et promoteurs) pour l'insertion et l'expression efficace de gènes hétérologues chez Amycolatopsis. En plus, nous avons développé des outils pour la délétion propre (sans marqueur de résistance) de gènes ou de grandes régions génomiques chez ces bactéries. Ces outils génétiques sont polyvalents et susceptibles d'être utilisés chez de nombreuses espèces du genre Amycolatopsis. Enfin, dans le but d'implémenter une voie de biosynthèse de la vanilline à partir d'un substrat peu coûteux, nous avons choisi et étudié quelques enzymes candidates pour chaque nouvelle étape de biosynthèse. Ces études nous ont permis d'identifier parmi les enzymes candidates celles qui sont actives chez Amycolatopsis dans les conditions de bioconversion utilisées industriellement. De plus, nous avons pu étudier une étape limitante et suggérer des moyens pour améliorer l'efficacité de cette voie de biosynthèse.

This thesis was carried out in collaboration with ENNOLYS, a French biotechnology company specialised in the production of biomass, enzymes, and natural aromatic molecules. In this context, the main objective of this thesis project is the metabolic engineering of actinobacteria, including those of the genus Amycolatopsis, for the development and improvement of bioproduction processes for natural aromatic molecules, including vanillin, the most used flavouring agent in the world. To this end, we sequenced the genome of the industrial strain Amycolatopsis ZYL926 in order to better understand the potential of this bacterium in the production of specialised metabolites and in the biosynthesis of vanillin. Furthermore, we were able to identify genes involved in the degradation of vanillin (or of its biosynthetic intermediates) by sequence comparison analysis. Secondly, we have identified genetic tools (including vectors and promotors) for the stable insertion and efficient expression of heterologous genes in Amycolatopsis. In addition, we have developed tools for marker-free deletion of genes or large genomic regions in these bacteria. These genetic tools are versatile and could be used in many species of the genus Amycolatopsis. Finally, in order to implement a vanillin biosynthetic pathway from a low-cost substrate, we selected and studied a few candidate enzymes for each new biosynthetic step. These studies enabled us to identify among the candidate enzymes those which are active in Amycolatopsis under the bioconversion conditions used industrially. In addition, we were able to study a limiting step and suggest ways to improve the efficiency of the studied biosynthetic pathway.