Projet ANR-14-CE05-0041 – ChloroPaths : Production in vivo et in silico de mutants affectant les voies de la photosynthèse
Programme : Concepts innovants pour le captage et la transformation des energies renouvelables (DS0201) 2014
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Madame Xenie JOHNSON (Laboratoire de bioénergétique et biotechnologiedes bactéries et microalgues)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 358160.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 54 mois
Résumé : Les microalgues représentent une ressource naturelle renouvelable pour la production de molécules à haute valeur ajoutée. Elles ont été jusqu’à présent assez peu exploitées car on leur a préféré les plantes de cultures, plus adaptées à l’exploitation agricole traditionnelle. Les avancées technologiques en génie des procédés permettent aujourd’hui de cultiver les microalgues à moyenne-échelle en photo-bioréacteurs. Alors que la production hétérotrophe (microalgues nourries avec du sucre) permet d’atteindre des rendements conséquents, la production photoautotrophe, la seule qui soit proprement renouvelable (avec la lumière du soleil comme seul apport énergétique), donne des rendements satisfaisants mais limités. Nous pensons qu’il est possible d’accroître ces rendements de production de biomasse algale en comprenant mieux quelles sont les limitations énergétiques et les contraintes métaboliques de ces organismes. Un enjeu d’avenir est de domestiquer les microalgues pour la monoculture comme nous l’avons fait pour les plantes céréalières par le passé.
 Ce projet de recherche propose une approche combinée d’études génétiques, métaboliques et physiologiques pour comprendre les limitations du rendement de la production photosynthétique de biomasse algale, pour tenter de lever ces limitations. La microalgue retenue pour cette étude, une bonne représentante de la lignée verte, est Chlamydomonas reinhardtii. Elle est bien adaptée aux questions de recherche fondamentale et appliquée : tout un panel de techniques moléculaires de caractérisation génétique y ont été mis au point, et des photo-bioréacteurs dédiés ont été conçus pour la produire à grande échelle (en collaboration avec l’entreprise Microphyt).
 Le principe de notre approche scientifique est très simple : il est basé sur le constat que les mécanismes moléculaires de la photosynthèse se composent de plusieurs voies métaboliques interconnectées. La voie majeure conduit à la fixation de CO2 et à l’accroissement de la biomasse. Les autres dites « alternatives », sont impliquées dans des mécanismes de régulations, dont certains sont d’importance cruciale dans les conditions naturelles, mais représentent une dissipation énergétique (et donc une perte de biomasse). En conditions de culture contrôlées (éclairement moyen, fort CO2), on peut penser que la régulation des voies alternatives devient superflue et qu’il est possible d’en bloquer certaines pour rediriger le flux énergétique vers la fixation de CO2 sans nuire à la viabilité du système biologique. En faisant cela nous aurions rempli notre objectif de domestication.
 La méthode envisagée pour parvenir à notre objectif est originale. Elle n’a jamais été tentée auparavant et repose en grande partie sur l’expérience génétique que nous avons accumulée ces dernières années. Il s’agit de partir d’une souche mutante où la voie majeure de fixation de CO2 a été bloquée (mutant sans Rubisco). Dans cette souche, les voies alternatives deviennent donc, par la force des choses, les voies majoritaires. Ce fonds génétique dépourvu de Rubisco représente donc une bonne souche réceptrice pour interrompre les voies alternatives en générant des doubles mutants. Après une série d’étapes de caractérisation approfondie, décrites en détail dans le projet, nous replacerons ces mutations sur les voies alternatives dans le contexte « sauvage ». En d’autres termes, après un croisement avec la souche sauvage nous sélectionnerons les descendants ayant retenu la mutation sur les voies alternatives mais ayant retrouvé l’activité Rubisco de fixation de CO2.
 Tout un travail de modélisation fonctionnelle de la croissance nous permettra de comprendre l’interaction entre les voies métaboliques des composés carbonés, de mieux décrire le phénotype des mutants isolés dans notre approche génétique et peut-être de planifier de façon plus rationnelle des projets de biologie synthétique pour le futur pour l’amélioration raisonnée des microalgues.