Projet ANR-13-BIME-0002 – FUNLOCK : Enzymes fongiques pour déverrouiller l'hydrolyse de biomasse récalcitrante
Programme : Bio-Matières et Energies (Bio-ME)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Jean-Guy BERRIN (Laboratoire de biotechnologie des champignons filamenteux)
Partenaires : Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques; Biopolymères, Interactions Assemblages; Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales; Fractionnement des Agroressources et Environnement; Institut français du pétrole Energies nouvelles; Unité de Biotechnologie des Champignons Filamenteux
Montant : 718352.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Comment déverrouiller l'hydrolyse de la biomasse récalcitrante à l’aide d’enzymes fongiques ?La récalcitrance de la biomasse végétale à l’hydrolyse enzymatique est un problème industriel multifactoriel. Les enzymes fongiques identifiées à partir de la biodiversité seront mis en œuvre sur plusieurs biomasses lignocellulosiques dans des conditions proches du procédé industriel afin de déverrouiller l’étape d’hydrolyse.
Le projet vise à identifier de nouvelles enzymes pour lever les verrous rencontrés lors de la déconstruction de la biomasse.Dans le cadre du projet, de nouvelles enzymes fongiques seront sélectionnées à partir de souches actives sur la fraction récalcitrante de la biomasse lignocellulosique. Des marqueurs pertinents seront identifiés afin d’évaluer l’impact des enzymes qui seront caractérisées de manière détaillée. Les biocatalyseurs les plus pertinents seront associés aux enzymes retrouvées dans les cocktails industriels afin de démontrer leurs effets bénéfiques pour l’étape d’hydrolyse. Cette étape constitue un des facteurs limitant du procédé actuel de production d’éthanol de seconde génération à partir de biomasse lignocellulosique.
Méthodes et approches expérimentales du projetDes analyses structurales et chimiques de la fraction récalcitrante seront réalisées avant et après traitement enzymatique de différents substrats afin d'identifier et dépasser les obstacles à une hydrolyse performante. Un large panel de marqueurs sera étudié afin de suivre l’avancement des réactions enzymatiques. L’effet de cocktails d’enzymes fongiques sur plusieurs résidus lignocellulosiques sera évalué en termes de sucres libérés et de modifications structurales des fractions solubles et insolubles. Ces analyses quantitatives et qualitatives seront réalisées grâce à des méthodes analytiques et spectroscopiques et à des techniques biophysiques de l’état de l’art. Cette démarche vise à identifier des marqueurs pertinents qui guideront la sélection d’enzymes cibles en utilisant des approches post-génomiques et des analyses multivariées. Entre 50 et 100 cibles enzymatiques seront produites par voie hétérologue et caractérisées à haut débit.
Résumé de la soumission : La récalcitrance de la biomasse végétale à l’hydrolyse enzymatique est un problème industriel multifactoriel que l’on peut associer à une méconnaissance des rapports entre structure du substrat et efficacité enzymatique. L'objectif du projet FUNLOCK est d'identifier de nouvelles enzymes lignocellulolytiques capables de  lever des verrous rencontrés lors de cette déconstruction enzymatique.  Au cours de travaux antérieurs, l'exploration de la biodiversité fongique a permis l’identification d’espèces produisant des secrétomes capables d’améliorer l’efficacité du cocktail enzymatique industriel produit par Trichoderma reesei pour la déconstruction de biomasse. Diverses approches complémentaires peuvent à présent être utilisées pour compléter nos connaissances sur les stratégies enzymatiques adoptées par une sélection de souches fongiques lors de la  déstructuration de biomasse récalcitrante. En conséquence, des analyses structurales et chimiques de la fraction récalcitrante seront réalisées avant et après traitement enzymatique de différents substrats afin d'identifier et dépasser les obstacles à une hydrolyse performante. Un large panel de marqueurs sera étudié afin de suivre l’avancement des réactions enzymatiques. L’effet des secrétomes fongiques sur plusieurs résidus lignocellulosiques sera évalué en termes de sucres libérés et de modifications structurales des fractions solubles et insolubles, respectivement. Ces analyses quantitatives et qualitatives seront réalisées grâce à des méthodes analytiques et spectroscopiques et à des techniques biophysiques de l’état de l’art. Cette démarche vise à identifier des marqueurs pertinents qui guideront la sélection d’enzymes cibles en utilisant des approches post-génomiques et des analyses multivariées. Entre 50 et 100 cibles enzymatiques seront produites par voie  hétérologue et caractérisées à haut débit. L’impact des enzymes d’intérêt industriel sur le procédé de conversion de la biomasse sera étudié plus finement à la fois d’un point de vue fondamental et appliqué. Les principales retombées scientifiques attendues pour ce projet sont l’identification et le développement de nouvelles enzymes et d’indicateurs de procédé pour les biotechnologies blanches.
Résultats : A mi-parcours, le projet a d’ores et déjà permis d’identifier et de caractériser une souche de champignon très performante sur la fraction recalcitrante de la cellulose. Cette souche de basidiomycète, Laetisaria arvalis, secrète de facon séquentielle des enzymes oxydatives et hydrolytiques. D’un point de vue méthodologique, un protocole de production d’enzymes fongiques à moyen débit a été établi avec succès. Cette méthode en partie robotisée permettra d’étudier plusieurs dizaines d’enzymes fongiques lignocellulolytiques dans le cadre du projet.
Perspectives : A mi-parcours, les perspectives sont de poursuivre les recherches selon le planning défini
Publications et brevets : Les travaux menés en commun entre les partenaires P1, P2 et P3 ont permis de publier une partie des résultats dans le journal américain Biotechnologie for Biofuels possédant un facteur d’impact de 6.2 (classement dans la discipline : 14e sur 165 journaux donc dans le 1er quartile)
Navarro D, Rosso MN, Haon M, Olivé C, Bonnin E, Lesage-Meessen L, Chevret D, Coutinho PM, Henrissat B, Berrin JG. Fast solubilization of recalcitrant cellulosic biomass by the basidiomycete fungus Laetisaria arvalis involves successive secretion of oxidative and hydrolytic enzymes. Biotechnol Biofuels. 2014 Oct 8;7(1):143.
Une partie des résultats de l’ANR Funlock ont été présenté par Jean-Guy Berrin, conférencier invité à la prestigieuse Gordon Research Conference “Cellulosomes, Cellulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymes” aux Etats Unis (2-7 Aout 2015, Boston, USA).