Décrypter les microbiomes des insectes xylophages par des approches chimique, métagénomiques et métaprotéomiques pour la découverte d'enzymes ligninolytiques

Les bioraffineries des lignocelluloses de deuxième génération présentent un fort potentiel pour la production durable de biocarburants, de produits chimiques et de biomatériaux, en remplacement des ressources fossiles. Cependant, dans les bioraffineries actuelles, la lignine est considérée comme un sous-produit industriel d'utilité limitée et est principalement brûlée comme source d'énergie. Néanmoins, la durabilité des bioraffineries lignocellulosiques dépend fortement de la valorisation complète de la biomasse végétale, y compris sa fraction lignine. Dans la nature, le recyclage de la biomasse lignocellulosique est assuré par des consortia microbiens lignocellulolytiques, qui sont chargés de recycler le carbone issu des résidus végétaux. De tels écosystèmes sont présents, par exemple, dans le microbiome intestinal des insectes xylophages. Ces consortia présentent une grande diversité génétique et métabolique, qui peut être exploitée pour valoriser la lignocellulose y compris sa fraction lignine. Afin de transformer la lignine, la fraction ligninolytique des microbiomes d'insectes xylophages peut être enrichie dans des bioréacteurs contrôlés à l'aide de substrats spécifiques. Ces consortia ligninolytiques enrichis abritent un large éventail de gènes impliqués dans la transformation du substrat cible. Ils constituent donc une ressource inexploitée de micro-organismes et de nouvelles enzymes naturellement adaptées, qui pourraient servir de « modèle naturel d'assemblage enzymatique » pour définir un nouveau paradigme utile à la conception de cocktails enzymatiques. Cependant, malgré l'intérêt croissant porté au potentiel métabolique des consortia microbiens pour la valorisation de la biomasse, leurs membres fonctionnels, ainsi que les gènes et les enzymes impliqués dans la transformation de la lignine, n'ont pas encore été élucidés et leur véritable potentiel n'est pas pleinement exploité. L'objectif de ce projet de thèse est de contribuer au développement des procédés de bioconversion de la lignocellulose en élucidant l'activité de dégradation de la lignine des microbiomes d'insectes xylophages mis en œuvre dans des bioréacteurs contrôlés. En combinant une caractérisation chimique approfondie et une analyse multi-omique, ces travaux fourniront une vision globale des mécanismes impliqués dans la dégradation de la lignine. Notre deuxième objectif est, grâce aux données méta-omiques obtenues, d'identifier les gènes impliqués dans la modification de la lignine au sein de ces consortia présentant une forte activité de dégradation de la lignine. À partir de leurs données de séquençage, les gènes impliqués dans la modification de la lignine seront synthétisés, clonés et exprimés dans des hôtes appropriés. L'activité des consortia ligninolytiques enrichis issus des microbiomes d'insectes, ainsi que celle de leurs enzymes de dégradation de la lignine, sera caractérisée en détail à l'aide de molécules modèles de lignine et de lignine polymérique. La collaboration entre les chercheurs de Toulouse Biotechnology Institute, spécialisés dans l'étude multi-omique des consortiums microbiens lignocellulolytiques, et ceux de Wageningen University & Research, experts dans la caractérisation chimique approfondie de la lignine, réunit deux laboratoires aux compétences complémentaires. Ce partenariat, fondé sur des objectifs de recherches conjoints clairement définis, favorisera des synergies scientifiques et contribuera à réussite de ce projet doctoral, hautement pertinent pour le développement de la bioéconomie. École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Direction : Guillermina HERNANDEZ-RAQUET Financement : MSCA COFUND BEST