Produits oléochimiques à base d'acides gras à chaîne impaire de Yarrowia lipolytica – YaLiOl

1) Construction de souches productrices d'acides gras à chaines impaires :
Une première souche surexprimant l’hexokinase de Y. lipolytica pour améliorer la consommation du fructose a été élaborée (JMY7877 ; Obese-LPSH). Deux souches auxotrophes ont été obtenues. A partir de cette souche de départ, plusieurs modifications génétiques ont été introduites ; notamment la surexpression de gènes impliqués dans la voie d’accumulation des lipides. Ces gènes ont été introduits séparément ou en combinaison.

2/ Optimisation des conditons de fermentation de Y. lipolytica :
Une étude de criblage par plan d’expériences a été effectuée sur la souche JMY7877 dans le but d’étudier l’influence des constituants du milieu de culture (facteurs) sur la croissance ainsi que sur l’accumulation de lipides et des AGCI, dont le C17:1, (réponses). Il a été noté que les facteurs influents sont le saccharose, le glycérol, l’extrait de levures, le propionate et l’acétate. Ceux n’ayant pas d’influence significative sont le milieu salin et le chlorure d’ammonium. Une étude d’optimisation par plan d’expériences composite centré a été ensuite réalisée afin de déterminer les concentrations optimales maximisant la croissance et l’accumulation du C17:1.
Des essais ont été ensuite réalisés afin de remplacer le saccharose par la mélasse de betterave, et le glycérol pur par du glycérol brut (issu du procédé de transformation des huiles végétales). Ceci aura permis de réduire le coût attribué au milieu de culture.

1) Souches productrices d'acides gras à chaines impaires :
Selon les modifications effectuées, des augmentations respectives de 77%, 80% et 30% ont été observés pour les acides gras totaux, les acides gras à chaines impaires, et le % de C17:1. Le ratio acides gras insaturés/acides gras totaux est passé de 74% à ˜80,3-83,4% selon le clone. L’objectif étant d’avoir un ratio acides gras insaturés/acides gras totaux > 90%.

2) Optimisation des conditions de fermentation :
Les conditions optimales obtenues avec la souche JMY7877 ont été les suivantes : [saccharose] = 52.4 g/L, [glycérol] = 26.9 g/L, [acétate de sodium] = 10.4 g/L, [propionate de sodium] = 5 g/L, et [extrait de levures] = 4 g/L. Dans ces conditions, et dans un bioréacteur de 5 L, les teneurs respectives en lipides et en C17:1 étaient de 2,52 ± 0,05 et 0,82 ± 0,01 g/L de milieu de culture, après 96 h de fermentation.
La production de lipides par les levures sur un milieu contenant de la mélasse (20 g/L de saccharose comme concentration optimale) et du glycérol brut (30 g/L) a atteint une quantité de 4,63 ± 0,95 g/L de milieu de culture. La teneur en acides gras à chaines impaires représentait 58 % des acides gras totaux dans les lipides, ce qui correspond à ˜2,69 ± 0,03 g/L de milieu de culture. La fermentation en bioréacteurs de 5 L avec co-alimentation a permis d’augmenter l'accumulation des AGCI de 56 % par rapport aux cultures réalisées sans co-alimentation.

Les travaux sur la prochaine période seront focalisés sur :
1) l’étude des gènes impliqués dans le transport de l'acétate et du propionate ;
2) l’ingénierie par délétion et surexpression de nouvelles cibles pour augmenter le contenu lipidique et le ratio acides gras insaturés/acides gras saturés ;
3) Tester les conditions de fermentation optimisées sur les nouvelles souches productrices d'acides gras à chaines impaires ;
4) Développer des conditions d'hydrolyse des lipides durant leur extraction ;
5) Fractionner les lipides de Y. lipolytica en fraction enrichie en acides gras insaturés, et en fraction enrichie en acides gras saturés.
6) Transformer les fractions obtenues en produits oléochimiques à plus haute valeur ajoutée.

1. Al Sahyouni W., El Kantar S., Khelfa A., Park Y.-K., Nicaud J.-M., Louka N., Koubaa M. (2022). Optimization of cis-9-heptadecenoic acid production from the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica. Fermentation. 8, 245. doi.org/10.3390/fermentation8060245

2. Park Y.-K., González-Fernández C., Robles-Iglesias R., Vidal L., Fontanille P., Kennes C., Tomás Pejó E., Nicaud J.-M., Fickers P. (2021). Bioproducts generation from carboxylate platforms by the non-conventional yeast Yarrowia lipolytica. FEMS Yeast Res. 21(6):foab047. doi.org/10.1093/femsyr/foab047

3. El Kantar S., Koubaa M. (2022). Valorization of low-cost substrates for the production of odd chain fatty acids by the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica. Fermentation. doi.org/10.3390/fermentation8060284

4. El Kantar S., Khelfa A., Vorobiev E., Koubaa M. (2021). Strategies for increasing lipid accumulation and recovery from Y. lipolytica: A review. Oilseeds and fats, Crops and Lipids, 28, 51. doi.org/10.1051/ocl/2021038

5. El Kantar S., Koubaa M. (2022). Pulsed electric field treatment for the stimulation of microorganisms: Applications in food production. Research in Agricultural Engineering. 68, doi.org/10.17221/78/2021-RAE

L'une des alternatives prometteuses pouvant substituer les ressources fossiles est l'utilisation des huiles microbiennes. Parmi les stratégies pouvant réduire leurs coût de production, on peut citer l’ingénierie d’acides gras à haute valeur ajoutée, la fermentation sur un substrat bon marché, et la transformation des huiles en produits de plus haute valeur ajoutée. Dans ce contexte, le projet YaLiOl vise à proposer une nouvelle voie en oléochimie à base d’acides gras à chaîne impaire (AGCI) produits par la levure Yarrowia lipolytica. Les objectifs de ce projet consistent en 1) l’ingénierie de Y. lipolytica pour la production d’AGCI, 2) la mise au point d’un milieu de fermentation basé sur la mélasse de betterave à sucre, et 3) la récupération des AGCI, leur caractérisation et leur transformation en dérivés oléochimiques comme modificateurs de viscosité de lubrifiants et pour le stockage de l’énergie thermique. La production à l'échelle pilote d'huile et d’esters d’acides gras impairs contribueront à compléter l'étude financière.