Production d'hydrogène à rendement et productivité élevés à partir de biomasse – BioH2

La production d'hydrogène par voie biologique est devenue l'une des alternatives les plus prometteuses à l'exploitation des sources d'énergies fossiles, bien qu'elle ne fasse pas l'objet d'un appel d'offres spécifique de l'ANR (l'appel à projets PAN-H , ne concerne que la production d'H2 par électrolyse). Le micro-organisme idéal pour la production industrielle de bio-hydrogène doit satisfaire les critères suivants: être capable de croître sur des substrats bon marché, et produire d'importantes quantités d'H2. Cependant, ces propriétés n'ont jamais été mises en évidence simultanément chez un même micro-organisme. Ainsi, l'un des meilleurs producteurs d'hydrogène, la bactérie Clostridium acetobutylicum, ne croît que sur des sources de carbone et d'énergie onéreuses. Par ailleurs, les micro-organismes cellulolytiques, comme la bactérie C. cellulolyticum, qui sont capables d'utiliser l'une des sources de carbone les plus économiques, la cellulose, ne produisent que de faibles quantités d'H2.L'objectif de ce projet consiste donc à construire par ingénierie génétique une souche de C. acetobutylicum associant ces deux phénotypes complémentaires. Cette bactérie a été sélectionnée pour mener à bien ce projet car outre le fait qu'elle produit de substantielles quantités d'H2, le séquençage de son génome a révélé que son chromosome contient des gènes codant pour un complexe multienzymatique cellulolytique (cellulosome), mais qui est inactif sur cellulose. Pour réaliser ce projet, deux approches seront poursuivies en parallèle, puis finalement combinées dans la dernière phase du programme: 1) Construction d'une souche sécrétant un complexe cellulolytique hétérologue (cellulosome) provenant essentiellement du système cellulolytique performant de C. cellulolyticum. De manière complémentaire, des tentatives de restauration du système cellulolytique endogène seront également menées. 2) Augmentation du rendement en H2 de C. acetobutylicum pour atteindre la valeur maximale théorique de 4 molécules d'H2 par molécule d'hexose consommée. Pour réaliser cet objectif, le gène codant pour la glycéraldéhyde 3-phosphate déshydrogénase sera remplacé par le gène hétérologue codant pour la glycéraldéhyde 3-phosphate ferrédoxine oxydoréductase de Methanococcus jannischii. Par ailleurs les voies métaboliques annexes conduisant à la synthèse de solvants et d'acide butyrique seront supprimées, pour permettre la production exclusive d' H2, CO2 et d'acide acétique.Ces approches seront développées grâce aux différents outils génétiques actuellement disponibles dont: les vecteurs d'expression (introduction d'un système cellulolytique hétérologue), l'intégration chromosomique par double recombinaison (réparation ou remplacement des gènes endogènes) et les délétions non marquées (suppression des voies métaboliques annexes).