Surexpression et mise en œuvre de LPMO et POX fongiques, et bactériennes en bioraffinerie
ABG-131502 | Thesis topic | |
2025-04-29 | Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant) |
- Biotechnology
- Biochemistry
- Biology
Topic description
La lignocellulose (LC) est la biomasse la plus abondante sur Terre, constituant une ressource clé pour la bioéconomie, en raison de sa composition en cellulose, hémicelluloses et lignine. Cependant, sa dégradation est difficile en raison de sa structure complexe et de sa récalcitrance biologique. Les monooxygénases polysaccharidiques lytiques (LPMO) et les peroxydases (POX) sont des enzymes innovantes qui permettent une dégradation plus efficace de la LC. Les LPMO, contenant du cuivre, dégradent les polysaccharides par un mécanisme oxydatif en perturbant les liaisons C-H, rendant les polysaccharides plus accessibles aux enzymes hydrolytiques. Les POX, quant à elles, utilisent du peroxyde d’hydrogène pour oxyder les polysaccharides, facilitant également leur dégradation. L’objectif de cette thèse est d’optimiser la dégradation de la LC en combinant ces deux types d’enzymes et en explorant leur synergie pour améliorer la conversion de la biomasse lignocellulosique en bioproduits. La première année se concentrera sur la sélection et l’expression des enzymes LPMO et POX provenant de la base de données CAZy. Ces enzymes seront exprimées dans des systèmes hétérologues, et leur activité sera caractérisée sur des substrats modèles comme l’Avicell, le PASC et le CMC. Les paramètres cinétiques et de stabilité des enzymes seront déterminés. En deuxième année, les produits de dégradation (oligosaccharides) générés par l’activité des LPMO et POX seront identifiés et leur potentiel en matière de saccharification de la LC sera évalué. Des cocktails enzymatiques comprenant des LPMO, POX, cellulases et hémicellulases seront testés dans des bioréacteurs instrumentés afin de maximiser l’efficacité de la saccharification. Ces cocktails seront également appliqués sur des biomasses complexes, comme les pailles, les rafles de maïs et les tiges de tournesol. En troisième année, les processus de bioconversion en éthanol, méthane et hydrogène seront optimisés en utilisant les enzymes LPMO et POX pour améliorer les rendements. Des bilans matière/énergie seront réalisés afin d’évaluer l’efficacité de chaque procédé. Enfin, le manuscrit de thèse sera rédigé et des publications scientifiques seront préparées pour diffusion dans des revues internationales, avec une présentation des résultats lors de conférences internationales. Cette thèse, en codirection avec Grenoble INP (LGP2, PAGORA), pourrait non seulement permettre d’améliorer les rendements de bioconversion de la biomasse lignocellulosique en bioproduits, mais aussi fournir de nouvelles informations sur les mécanismes moléculaires de dégradation des polysaccharides récalcitrants. L’utilisation combinée des enzymes LPMO et POX pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la production de biocarburants et de produits chimiques biosourcés, contribuant ainsi à la bioéconomie et à la transition énergétique. |
Starting date
Funding category
Funding further details
Presentation of host institution and host laboratory
L’Institut Pascal fédère l’ensemble des forces en présence dans le domaine de l’ingénierie sur le site de Clermont Ferrand. Cet institut comprend 5 axes dont l'axe « Génie des Procédés, Énergétique et Biosystèmes » (GePEB) où sera réalisé l’ensemble du travail de thèse. Ce groupe, comprend aujourd’hui 25 chercheurs permanents, 20 à 30 doctorants, post-docs, chercheurs sous contrat et des étudiants en master. L’axe GePEB focalise son activité sur des problématiques de génie des procédés et des bioprocédés et adresse des domaines d’application nombreux, tels que la production de vecteurs énergétiques, les matériaux biosourcés, l’environnement, les procédés alimentaires et les écosystèmes clos artificiels. L’axe GePEB est structuré autour de trois thèmes principaux dont le thème Biomolécules, Bioraffinage, Matériaux Biosourcés (4Bio ; http://www.institutpascal.uca.fr/index.php/fr/60-gepeb/515-4bio).
Cette thématique s’intéresse à la production, l’extraction, la purification et la caractérisation de biomolécules telles que des protéines et polysaccharides issus de biomasses végétales et microbiennes. Leur mise en œuvre comme agents biologiques, techno-fonctionnels et matériaux est abordée dans une optique de compréhension de relations structures/fonctions.
Dans le cadre d’une approche multi-échelles, les travaux menés :
- impliquent le développement de schémas de procédés pour l’extraction sélective et fractionnée des différentes classes de biomolécules,
- nécessitent la mise en œuvre d’outils analytiques complexes pour la caractérisation structurale des biomolécules,
- sont basés sur les sciences pour l’ingénieur (génie des procédés, rhéologie, microbiologie industrielle…) et les sciences de la vie (biochimie structurale, génie enzymatique, microbiologie).
Les applications des travaux sont multiples et portent sur des domaines variés :
- les procédés de fractionnement de biomasses végétales ou microbiennes selon une stratégie de bioraffinage,
- les procédés de purification fine de biomolécules par des techniques de filtration et chromatographie,
- l’utilisation de biomolécules dans différents champs d’applications (actifs biologiques, hydrocolloïdes, matériaux biosourcés).
PhD title
Country where you obtained your PhD
Institution awarding doctoral degree
Graduate school
Candidate's profile
Le/La candidat.e aura un master ou diplôme d'ingénieur en Génie Biologique et/ou Biotechnologies. Une première expérience en génie génétique, biologie moléculaire et/ou génie enzymatique sera la bienvenue mais n’est pas indispensable.
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Scientific expertises :Computer science - Computer science - Digital
Experience level :Any