Surexpression et mise en œuvre de LPMO et POX fongiques, et bactériennes en bioraffinerie

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.