Conception rationnelle de consortia synthétiques simplifiés de champignons et de bactéries anaérobies pour la bioconversion de la lignocellulose

La prise de conscience des graves conséquences climatiques liées à l'utilisation excessive des ressources fossiles souligne l'urgence pour développer des alternatives durables pour la production d'énergie, de carburants et de produits chimiques. La biomasse lignocellulosique issue des coproduits agricoles et forestiers et des cultures énergétiques dédiées, constitue la ressource renouvelable la plus abondante. Elle offre un fort potentiel pour la production d'énergie, de biocarburants et de produits chimiques. Cependant, son exploitation demeure limitée, en raison de sa composition biochimique et structurale complexe, qui limitent sa bioconversion. Dans les écosystèmes naturels, de consortia microbiens lignocellulolytiques, constitués de différentes espèces microbiennes, ont développé des stratégies efficaces pour dégrader cette biomasse. Ces consortia produisent collectivement le vaste éventail d'enzymes agissant en synergie, notamment des endo- et exo-glucanases, des glucosidases, des xylanases, des ligninases, etc.; une telle gamme d'enzymes ne peut être produite par une souche microbienne unique. Pour parvenir à une conversion efficace, les consortia microbiens appliquent le principe de « division du travail », selon lequel différentes populations assurent des activités complémentaires, favorisant les synergies au sein du consortium. Par exemple, dans le rumen bovin, où s'opère le recyclage de la matière organique végétale, plusieurs espèces de champignons et de bactéries anaérobies, produisant différentes enzymes, contribuent de manière synergique à la conversion de la biomasse. Ce potentiel métabolique des consortia microbiens suscite un vif intérêt, offrant un fort potentiel pour le développement de nouvelles stratégies de bioconversion de la lignocellulose. De plus, il est possible d'utiliser des consortia microbiens dans un bioprocédé consolidé, dans lequel les microorganismes produisent leurs propres enzymes hydrolytiques et des microorganismes sélectionnés convertissent simultanément les sucres libres en molécules d'intérêt dans la même cuve de fermentation. Cependant, l'utilisation des consortia microbiens reste limitée par l'insuffisante compréhension des mécanismes permettant de contrôler le grand nombre d'espèces microbiennes et de voies métaboliques présents au sein de ces consortia, ce qui reste un défi majeur. Pour relever ce défi, on s'intéresse à mimer les principes naturels appliqués par les consortia microbiens, afin de concevoir des consortia synthétiques simplifiés, composés d'un nombre minimal d'espèces exprimant des phénotypes efficaces et fonctionnellement complémentaires. Des consortia synthétiques simplifiés, conçus de manière rationnelle, peuvent offrir de meilleures performances que les systèmes à souche unique en raison de leur important potentiel métabolique et de leurs complémentarités fonctionnelles. Dans ce contexte, ce projet de thèse propose une approche rationnelle « ascendante » (bottom-up) et fondée sur la « division du travail » pour concevoir des consortia microbiens lignocellulolytiques anaérobies hautement efficaces. Ces consortia comprendront un nombre minimal d'espèces lignocellulolytiques clés, sélectionnées pour convertir efficacement la biomasse lignocellulosique en produits chimiques d'intérêt industriel. S'inspirant du fonctionnement du rumen bovin et s'appuyant sur d'études antérieures de Toulouse Biotechnology Institute en ingénierie des consortia microbiens, ainsi que de l'expertise de l'University of Innsbruck dans la culture de champignons anaérobies, ce projet de thèse vis à développer des consortia anaérobies innovants, simplifiés et contrôlables, capables de décomposer efficacement la biomasse lignocellulosique en molécules cibles grâce à un bioprocédé consolidé. Ces consortia associeront des souches fongiques cellulolytiques anaérobies sélectionnées à des bactéries lignocellulolytiques, notamment des espèces de Clostridia capables de produire les molécules cibles. École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Direction : Guillermina HERNANDEZ-RAQUET Financement : MSCA COFUND BEST