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Enzymes fongiques pour déverrouiller l'hydrolyse de biomasse récalcitrante – FUNLOCK

Comment déverrouiller l'hydrolyse de la biomasse végétale à l’aide d’enzymes?

La récalcitrance de la biomasse végétale à l’hydrolyse enzymatique est un problème industriel multifactoriel. Les enjeux sont d’identifier des enzymes performantes et des marqueurs de récalcitrance.

Objectif général du projet

Le projet visait à identifier de nouvelles enzymes pour lever les verrous rencontrés lors de la déconstruction de la biomasse. De nouvelles enzymes fongiques seront sélectionnées à partir de souches actives sur la fraction récalcitrante de la biomasse lignocellulosique. Des marqueurs pertinents seront identifiés afin d’évaluer l’impact des enzymes qui seront caractérisées de manière détaillée. Les biocatalyseurs les plus pertinents seront associés aux enzymes retrouvées dans les cocktails industriels afin de démontrer leurs effets bénéfiques pour l’étape d’hydrolyse. Cette étape constitue un des facteurs limitant du procédé actuel de production de biocarburants de seconde génération à partir de biomasse lignocellulosique.

Des analyses structurales et chimiques de la fraction récalcitrante ont été réalisées avant et après traitement enzymatique de différents substrats afin d'identifier et dépasser les obstacles à une hydrolyse performante. Un large panel de marqueurs a été étudié afin de suivre l’avancement des réactions enzymatiques. L’effet de cocktails d’enzymes fongiques sur plusieurs résidus lignocellulosiques a été évalué en termes de sucres libérés et de modifications structurales des fractions solubles et insolubles. Ces analyses quantitatives et qualitatives ont été réalisées grâce à des méthodes analytiques et spectroscopiques et à des techniques biophysiques de l’état de l’art. Cette démarche visait à identifier des marqueurs pertinents pour guider la sélection d’enzymes cibles en utilisant des approches post-génomiques et des analyses multivariées. Les enzymes ont été produites par voie hétérologue et caractérisées de façon détaillée.

Le projet permis d’identifier et de caractériser plusieurs souches de champignon dont une souche de basidiomycète très performante sur la fraction récalcitrante de la cellulose qui secrète de façon séquentielle des enzymes oxydatives et hydrolytiques. D’un point de vue méthodologique, un protocole de production d’enzymes fongiques a été établi avec succès et a permis d’étudier plusieurs enzymes fongiques lignocellulolytiques dans le cadre du projet.
Plusieurs marqueurs de déconstruction ont été suivis permettant une meilleure compréhension de l’étape d’hydrolyse enzymatique.

Les champignons étudiés n’ont pas encore révélé tous leurs secrets ! L’étude de leur arsenal enzymatique devra donc être approfondie. L’identification de marqueurs de déconstruction de la biomasse lignocellulosique permettra une étude plus fine de l’étape d’hydrolyse enzymatique afin d’améliorer le procédé de biocarburant de seconde génération à partir de biomasse lignocellulosique.

Les travaux du projet ont été publiés dans de très bons journaux à comité de lecture. Parmi les huit articles, trois sont publiés dans le journal international Biotechnology for Biofuels.

La récalcitrance de la biomasse végétale à l’hydrolyse enzymatique est un problème industriel multifactoriel que l’on peut associer à une méconnaissance des rapports entre structure du substrat et efficacité enzymatique. L'objectif du projet FUNLOCK est d'identifier de nouvelles enzymes lignocellulolytiques capables de lever des verrous rencontrés lors de cette déconstruction enzymatique. Au cours de travaux antérieurs, l'exploration de la biodiversité fongique a permis l’identification d’espèces produisant des secrétomes capables d’améliorer l’efficacité du cocktail enzymatique industriel produit par Trichoderma reesei pour la déconstruction de biomasse. Diverses approches complémentaires peuvent à présent être utilisées pour compléter nos connaissances sur les stratégies enzymatiques adoptées par une sélection de souches fongiques lors de la déstructuration de biomasse récalcitrante. En conséquence, des analyses structurales et chimiques de la fraction récalcitrante seront réalisées avant et après traitement enzymatique de différents substrats afin d'identifier et dépasser les obstacles à une hydrolyse performante. Un large panel de marqueurs sera étudié afin de suivre l’avancement des réactions enzymatiques. L’effet des secrétomes fongiques sur plusieurs résidus lignocellulosiques sera évalué en termes de sucres libérés et de modifications structurales des fractions solubles et insolubles, respectivement. Ces analyses quantitatives et qualitatives seront réalisées grâce à des méthodes analytiques et spectroscopiques et à des techniques biophysiques de l’état de l’art. Cette démarche vise à identifier des marqueurs pertinents qui guideront la sélection d’enzymes cibles en utilisant des approches post-génomiques et des analyses multivariées. Entre 50 et 100 cibles enzymatiques seront produites par voie hétérologue et caractérisées à haut débit. L’impact des enzymes d’intérêt industriel sur le procédé de conversion de la biomasse sera étudié plus finement à la fois d’un point de vue fondamental et appliqué. Les principales retombées scientifiques attendues pour ce projet sont l’identification et le développement de nouvelles enzymes et d’indicateurs de procédé pour les biotechnologies blanches.

Coordinateur du projet

Monsieur Jean-Guy Berrin (Laboratoire de biotechnologie des champignons filamenteux) – jean-guy.berrin@univ-amu.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

INRA BIA BIOPOLYMERES, INTERACTIONS, ASSEMBLAGES
INRA FARE Fractionnement des Agroressources et Environnement
CNRS CERMAV Centre de Recherche sur les Macromolécules Végétales
IFPEN IFP Energies nouvelles
AMU AFMB Architecture et fonction des macromolecules biologiques
INRA BCF Laboratoire de biotechnologie des champignons filamenteux

Aide de l'ANR 718 352 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2013 - 48 Mois

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