Caractérisation de la diversité des organismes symbiotiques et des activités glycosyl hydrolases dans le tube digestif de Reticulitermes santonensis (Feytaud) par une approche multidisciplinaire

Scientific conference (2010, July 08)

Le bioéthanol cellulosique pourrait être une solution pour satisfaire le besoin croissant en énergie renouvelable. Actuellement, l’efficience de la transformation de la cellulose en sucres fermentescibles ... [more ▼]

Le bioéthanol cellulosique pourrait être une solution pour satisfaire le besoin croissant en énergie renouvelable. Actuellement, l’efficience de la transformation de la cellulose en sucres fermentescibles reste le principal facteur limitant. La recherche de nouvelles glycosyl hydrolases constitue une voie potentielle d’amélioration de la valorisation des composés ligno-cellulosiques. Trois types de glycosyl hydrolases sont généralement produites par les organismes capables d’utiliser efficacement ces composés : les endoglucanases, les exoglucanases/cellobiohydrolases, et les β-glucosidases. Dans les processus de digestion de la cellulose par les animaux, des organismes symbiotiques tels que des bactéries, des protistes et/ou des champignons sont fréquemment observés. Ces organismes contribuent en grande partie voir totalement à la production des complexes enzymatiques nécessaires. Chez les termites inférieures, comme notre modèle Reticulitermes santonensis (Feytaud), des protistes et des bactéries sont impliqués dans un système symbiotique complexe. Une étude multidisciplinaire est menée afin d’approfondir les rôles respectifs des différents groupes de symbiontes, via des approches « omiques », à savoir la protéomique (ESI-LC-MS-MS, 2D-SDS-PAGE couplée avec une analyse en spectrométrie de masse du type MALDI-TOF pour l’identification des protéines), la génomique (avec une approche métagénomique basée sur la construction d’une large banque de cDNA), la métabolomique (caractérisation des produits de dégradation de carbohydrates via une strategie LC-MS). De plus, l’isolation de microorganismes a également été employée dans la caractérisation de la diversité et de l’activité des glycosyl hydrolases chez R. santonensis. [less ▲]

Integrated “omics” approaches to investigate the chemical aspects of symbiosis in termites and potential application in ligno-cellulosic use.

Scientific conference (2010, May 05)

Cellulosic bioethanol could be one of the solutions to satisfy the increasing demand in renewable energy. The most limitative problem is the efficiency of cellulose transformation into fermentable sugars ... [more ▼]

Cellulosic bioethanol could be one of the solutions to satisfy the increasing demand in renewable energy. The most limitative problem is the efficiency of cellulose transformation into fermentable sugars. Investigations to select new glycosyl hydrolases are an interesting approach that constitutes a potential opportunity to improve the valorization of lignocellulosic materials. Three major types of glycosyl hydolases are generally produced by organism’s that are able to efficiently use cellulosic compounds: the endoglucanases, the exoglucanases/cellobiohydrolases and the β-glucosidases. In the ability to transform lignocellulosic materials by animals, symbioses are generally observed with a range of micro-organisms including bacteria, protists and/or fungi that largely (or completely) contribute to the production of the needed enzymatic complexes. In termites, such active enzymes are produced in the insect digestive tract, by the termite insect itself or by symbiotic organisms. Within lower termites gut, such as in our model Reticulitermes santonensis (Feytaud), protists and bacteria are associated and involved in a complex symbiotic system. To investigate the respective role of the insect and different groups of symbionts, multidisciplinary “omics” approaches were here developed including proteomics (ESI-LC-MS-MS, 2D-Dige gel coupled with MALDI-TOF mass spectrometry for protein identification), genomics (with a metagenomic approach based on large cDNA bank construction), metabolomics (LC-MS stragety for carbohydrate degradation product characterization). Moreover, microorganism isolation was used to investigate and characterize glycosyl hydrolases diversity and activity in R. santonensis. The integration of this broad range of “omics” techniques allowed characterizing the role of symbionts in insects in a fundamental approach and to invtigate the chemical ecology of xylophagous insects but also corresponding to an efficient way to promote the selection of efficient enzymatic activities to potentially produce biofuels based on the use of existing lignocellulosic materials. [less ▲]

L'extrapolation des bioréacteurs : un problème de génie des procédés ou de physiologie microbienne ?

in Chimie Nouvelle (2010), 104

Bioreactor scale-up often pose a serious issue during the industrial development of a bioprocess considering the numerous physical and biological phenomena occurring in the reacting volume. The basic ... [more ▼]

Bioreactor scale-up often pose a serious issue during the industrial development of a bioprocess considering the numerous physical and biological phenomena occurring in the reacting volume. The basic principles of scale-up coming from the traditional chemical and process engineering approaches will be first reviewed and will be then compared to a new one involving recent development at the level of microbial strain manipulation. This "physiological" approach of scale-up involves directly a biological component of the system (by comparison with the traditional approach for scaling-up involving physical parameters indirectly linked to the physiological phenomena occurring in the bioreactor), i.e. the synthesis of a reporter fluorescent protein when microbial cells are exposed to stress. It will be shown how this principle can be used for a better understanding of the relationship between bioreactor hydrodynamics and microbial stress. [less ▲]

Optimisation de l'acylation enzymatique du mannose par l'utilisation de co-solvants

Poster (2009, October 15)

Les esters de sucres sont des surfactants non-ioniques avec de nombreuses applications dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique. La synthèse enzymatique est généralement préférée à la synthèse ... [more ▼]

Les esters de sucres sont des surfactants non-ioniques avec de nombreuses applications dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique. La synthèse enzymatique est généralement préférée à la synthèse chimique. En effet, cette dernière consomme beaucoup d’énergie, est moins sélective envers les différents groupes hydroxyle du sucre et conduit à des produits de caramélisation. Le type de solvant, le ratio sucre / lipide, la température et le type de lipase immobilisée peuvent être modifiés afin d’optimiser la vitesse initiale et le rendement de réaction. Les travaux décrits rapportent l’optimisation de la synthèse enzymatique de myristate de mannosyle à partir de mannose et d’acide myristique en présence de la lipase de Candida antarctica B (Novozyme 435). Les concentrations optimales en mannose et en acide myristique sont respectivement de 0,1 et 0,6 M dans du tert-butanol pur à 60°C. Ces conditions conduisent à une vitesse initiale de 1,3 g/l.h pour 2 g/l d’enzyme et à un rendement molaire de 55%. Afin d’améliorer cette vitesse initiale de réaction, différents mélanges de tert-butanol et de co-solvants polaires ont été testés. Les solvants polaires (log P faibles) augmentent la solubilité des sucres mais provoquent l’inactivation partielle des lipases. Lorsque le log P est supérieur à 3, l’enzyme reste active mais ce type de milieu n’est pas approprié si les deux substrats diffèrent grandement en terme de polarité. Le but de cette étude est donc de trouver un compromis entre la solubilité du sucre et le maintient de l’activité enzymatique. Les quatre co-solvants testés sont le DMSO, le DMF, le formamide et la pyridine. Au terme de ce travail, le DMSO, à raison de 10 % dans le milieu réactionnel, s’est avéré être le meilleur co-solvant parmi ceux testés. Dans ces conditions, la vitesse initiale de réaction est accrue de 130 %. [less ▲]

Mise en évidence de l'impact de l'environnement extracellulaire généré au sein des bioréacteurs sur la dynamique des populations microbiennes: cas de la culture fed-batch d'Escherichia coli

Master's dissertation (2008)

Escherichia coli BL21 is a microorganism widely used in the industry for the production of recombinant proteins. The performances obtained at the laboratory level are not reproducible at a large scale ... [more ▼]

Escherichia coli BL21 is a microorganism widely used in the industry for the production of recombinant proteins. The performances obtained at the laboratory level are not reproducible at a large scale. Actually, the mixing operation is not efficient enough: gradients of glucose and oxygen appear when operating in fed-batch mode. The effects of these gradients could be studied by using scale-down reactors. They make it possible to show the hydrodynamic conditions of industrial reactors. The chosen system is composed of a perfectly mixed part linked to a non-mixed one with a constant flow. Two kinds of non-mixed parts were used to induce different hydrodynamic conditions: one has a dispersed flow and the other a piston flow. The addition of the glucose is made according to the dissolved oxygen. The observed parameters are the evolution of biomass concentrations, glucose and acetate, cell viability and the production of a recombinant protein. Other parameters are calculated on the base of the fed-batch dynamics of the process. It has been proved that is possible to study the carbon starvation thanks to the recording of the dissolved oxygen. It has been decisive for the dynamic of the system. The behaviour of Escherichia coli BL21 is compared with the one of Escherichia coli K12. The acetate produced because of the excess of glucose in the non-mixed part of the system has a bigger influence on the dynamic. Moreover, the consequences of the excess of glucose have been studied on Escherichia coliBL21. These are a reduction of the maximal rate of growth and a cell damaging. A fed-batch control with equation is also proposed It permit to reduce the gradients of glucose in the non-mixed part of the system. In the second part of this work, a modelling procedure of the gradients of glucose in the reactor is developed and compared with the experimental results. [less ▲]