Intensification de la production d’éthanol : Analyse génomique de l’adaptation de la levure Saccharomyces cerevisiae aux forte

Intensification de la production d’éthanol : Analyse génomique de l’adaptation de la levure Saccharomyces cerevisiae aux fortes concentrations d’éthanol

Marlène Cot³, Sandrine Alfenore³, Véronique le Berre^1,2, Serguei Sokol², Jean-Louis Uribelarrea¹ , Jean François^1,2 , Gérard Goma¹, Carole Molina-Jouve¹, Stephane Guillouet¹ & Laurent Benbadis<sup>1

1</sup>Centre de Bioingenierie Gilbert Durand, UMR CNRS5504, UR INRA 792, ²Transcriptome - Biopchips plateform of Genopole Toulouse, ³CRITT Bio-Industrie,135 Avenue de Rangueil, F-31077 Toulouse, France

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Dans le cadre des procédés biotechnologiques de production de biomolécules (comme l’éthanol pour la production de « bio-éthanol »), l’intégration de la génomique fonctionnelle en tant qu’outil d’investigation complémentaire aux techniques classiques de génie microbiologique et de physiologie est nécessaire pour une avancée rapide dans la compréhension et l’identification :

• 
  des phénomènes entraînant les inhibitions, toxicités et létalité
  
• 
  les processus moléculaires influençant la croissance, viabilité, mortalité et productivité des microorganismes
  
• 
  les réponses moléculaires des microorganismes à l’environnement physico-chimique en cours de procédé.
  

Ces problématiques constituent les verrous scientifiques et technologiques qui limitent les performances actuelles industrielles de production de biomolécules. Ces verrous ne pourront être levés que si on arrive à réconcilier les données macrocinétiques et microscopiques aux données moléculaires obtenues par la génomique fonctionnelle.

Notre approche de compréhension du stress éthanol se distingue des études trouvées dans la littérature par le fait que nous analysons l’adaptation des levures à des fortes concentrations en éthanol produit lui-même par le microorganisme au cours de la fermentation en condition de production industrielle.

Nous utilisons pour cela une approche à l’intersection de plusieurs disciplines Génie Microbiologique / Génomique Fonctionnelle / Mathématique en analysant la fermentation éthanolique d’un point de vue macrocinétique (taux de croissance, vitesse de consommation de substrats et production de métabolites), microscopique (distribution des populations en terme de taille des cellules, indice de bourgeonnement, viabilité cellulaire) et moléculaire (profils d’expression génique et dosage des métabolites intracellulaires).

Cette analyse globale devrait nous permettre de proposer une stratégie d’amélioration de la fermentation éthanolique par action sur l’environnement, la conduite du procédé et/ou le génome de la levure. L’identification des gènes impliqués dans les mécanismes d’adaptation aux stress rencontrés au cours de la fermentation éthanolique devrait nous permettre de définir des cibles génétiques pertinentes pouvant éventuellement conduire à l’ingénierie métabolique de la levure.

Mots-clés : Intensification, Fermentation, Procédés discontinus, Systèmes dynamiques

Secteurs d’applications : Energie