Domestication des diatomées pour la production de biocarburants – DiaDomOil

Le projet combine des approches de génomique, de génie génétique, de physiologie, et de procédés de culture. Les meilleurs souches de microalgues et les méthodes de culture optimisées seront implémentées dans un programme de mise à échelle industrielle.

Les résultats attendus comprennent la production de connaissances pour un modèle de microalgues présentant des caractéristiques uniques et la définition de caractéristiques biologiques et de procédés de culture permettant d'obtenir des performance à échelle industrielle exploitable pour des applications dans le secteur des biocarburants.

Implémentation dans un procédé industriel.

A 18 mois du début du projet, les travaux engagés ont permis la publication de trois articles originaux dans les revues Plant Cell, Plant Physiology et Eukaryotic Cell et le dépot d'un brevet USA.

Les stratégies actuelles pour la production de biofuel par les organismes photosynthétiques consistent à générer de la biomasse à partir de l'énergie lumineuse disponible gratuitement et orienter le métabolisme de cette biomasse vers la synthèse d'huile pour les biofuels 3G. La structure moléculaire de l'huile est un triacylglycérol (TAG) construit comme tous les glycérolipides par estérification d'un glycérol avec des acides gras (AG). Le TAG peut être converti en biodiesel par trans-estérification. L'accumulation de TAG peut être induite par des stimuli externes (carences nutrionnelles, en particulier d'azote, N) et/ou ingéniérie métabolique. Un verrou majeur est l'incompatibilité de production simultanée de TAG et de biomasse. Cette difficulté peut être contournée par ségrégation temporelle de la production de biomasse (milieu complet) et de l'enrichissement en TAG (carence). En carence, la croissance s'arrête, les composants cellulaires sont dégradés au profit des besoins de base, et le TAG s'accumule du fait du recyclage des glycérolipides membranaires, en particulier des phospholipides. La quantité et la qualité des TAGs dépendent donc de celles des lipides membranaires. Si on veut produire des TAGs appropriés pour les jetfuels (AG à chaînes plus courtes, moins d'insaturations), nos efforts doivent être portés sur l'obtention du profil d'AG ciblé dans les phospholipides membranaires. Comme la désaturation des lipides membranaires est nécessaire pour lutter contre les stress oxidants, incluant les ROS (espèces réactives de l'oxygène), la production de TAG et d'AG à chaînes courtes et moins insaturés ne peut pas être obtenue, à notre connaissance, sans un contrôle du statut d'oxydation. Cette approche est celle que nous proposons. Les microalgues seront utilisées car peu de place est requise pour une production à grande échelle en conditions optimisées. Alors que les algues vertes sont considérées comme de bons modèles à cause de leur croissance, leur contenu en lipides et la disponibilité d'outils moléculaires et génomiques pour manipuler leur métabolisme, nos efforts se concentrerons sur les diatomées. L'usage des diatomées est prometteur car des travaux antérieurs de membres de notre consortium ont permis le développement d'outils génomiques et moléculaires au même niveau de sophistication que pour les algues vertes. Leur origine phylogénétique différente fait que ces protistes sont très intéressants pour l'appel à projets. L'origine endosymbiotique multiple (algue verte et algue rouge englobées par un eucaryote hétérotrophe) a conduit à un chloroplaste avec un système de 4 membranes limitantes (enveloppe) plutôt que 2,comme chez les Viridiplantae. Puisque les lipides sont générés dans ce réseau membranaire, la topologie des voies de synthèse lipidique doit être modifiée. Les diatomées possèdent aussi un métabolisme mosaïque original associant des aspects végétaux et animaux, dont un cycle de l'urée. L'existence de cette voie doit avoir des conséquences sur la régulation du métabolisme lipidique, puisque la carence en N est typiquement employée pour induire l'accumulation de TAG chez les algues vertes. Aucune étude de la topologie de la biosynthèse lipidique et/ou des conséquences du cycle de l'urée sur l'accumulation de TAG chez les diatomées n'a été conduite à ce jour. Finalement, leur différence phylogénétique fait que les diatomées sont efficaces pour utiliser des sources de carbones et augmenter le rendement de biomasse à la lumière. Cette découverte permet de proposer une méthode différente pour produire du biofuel chez les diatomées, par production simultanée de TAG et de biomasse par assimilation de carbone réduit en condition photosynthétique (mixotrophie). Notre consortium rassemble des experts majeurs de la génomique, de l'ingénierie moléculaire et de la physiologie des diatomées, de la lipidomique des glycérolipides et de la fermentation des algues pour des applications industrielles.