PRI 1 : Biocarburant éthanol ACTION 2 Bases Moléculaires et dynamique pour l’ingénierie Métabolique de levures performantes pour la production d’éthanol-carburant. PRI 1 : Biocarburant éthanol Coordinateur Jean M François

PRI 1 : Biocarburant éthanol le concept de ‘l’usine cellulaire’ environnement genome PRI 1 : Biocarburant éthanol Réseau métabolique P S hexose phosphate amino acids Pyruvate stockage Produits secondaires Biomasse

PRI 1 : Biocarburant éthanol Comment maximiser la rentabilité de ‘l’usine’ pour la production en bioethanol? Réduire les co-produits Solution: Ingénierie métabolique Moyen, génie génétique Réduire la biomasse Solution: découplage Moyen: procédé PRI 1 : Biocarburant éthanol Ethanol S hexose phosphate Pyruvate stockage Augmenter la tolérance à l’éthanol Comment? Augmenter la résistance à la pression osmotique Comment?

PRI 1 : Biocarburant éthanol Méthodologie génétique Mutagenèse par ‘insertion’ de gènes mutés! orf1D orf2D orf3D ORF1 orf4D « Banque de gènes de levure mutés » PRI 1 : Biocarburant éthanol orf1D Ethanol 10% Ethanol 10% (Equipe S. Dequin, INRA-Montpellier)

PRI 1 : Biocarburant éthanol Méthodologie de génomique comparée. (technologie puce à ADN) « Faible tolérance » « Forte tolérance » ADNa ADNb Marquage PRI 1 : Biocarburant éthanol (CY3) (CY5) ADN ADN Analyse des données Mix CY3 < CY5 CY3 > CY5 CY3 = CY5 hybridation lecture ‘ (Equipe Jean M François, CNRS-LBB)

PRI 1 : Biocarburant éthanol Méthodologie de Génomique fonctionnelle intégrée Environnement (réacteur, les conditions nutritionnelles, physico-chimique etc.) genome PRI 1 : Biocarburant éthanol transcriptome Plateforme transcriptome proteome Plateforme proteomique S P Réseau métabolique Plateforme métabolique (Equipe LBB-CNRS, INRA-Montpellier, CNRS Paris, IBCG-Bordeaux)

PRI 1 : Biocarburant éthanol Quantifier les paramètres macrocinétiques de ‘l’usine cellulaire’     On-line   ·       la production de chaleur (microcalorimètre) ·       la croissance (spectrophotomètre) En discontinu    ·       la consommation d'oxygène (électrode de Clark)   ·       la consommation de substrats ·       l'activité fermentaire dosages ·       les sous-produits ·       l'équipement enzymatique (fractionnement cellulaire) PRI 1 : Biocarburant éthanol (Equipe M Rigoulet, IBCG-Bordeaux)

Stratégie des 3’M’ moléculaire microscopique macroscopique PRI 1 : Biocarburant éthanol Analyse morphologique et métabolique Analyse de l’expression globale Analyses macrocinétique Traitement bio-informatique des données pour chaque niveau Et Réconciliation des niveaux Stratégie ‘déductive ’ pour améliorer la production d’ethanol.

PRI 1 : Biocarburant éthanol Quelques résultats de l’approche intégrée 7000 400 6000 350 300 5000 Glucose cumulé (g) 4000 Ethanol produit (g/l) 250 200 3000 150 2000 PRI 1 : Biocarburant éthanol 100 1000 50 20 40 Condition 1 Référence 1 100 % viabilité Condition 1 16 ° GL 20 % viabilité

PRI 1 : Biocarburant éthanol Arrêt de la croissance Viabilité 60% PRI 1 : Biocarburant éthanol

PRI 1 : Biocarburant éthanol Enseignement actuels après les premières analyses : induction de gènes de stress système de synthèse protéique inhibé système de transport d’ions sollicité reconfiguration de la biosynthèse des lipides et stérols PRI 1 : Biocarburant éthanol MAIS la digestion est lourde! Elle requiert beaucoup de temps d’analyse des données!!

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PRI 1 : Biocarburant éthanol Action 1 Action 2 Action 3 Action 4 Action 5 Substrats, Enzymes Physiologie de la levure Architecture de procédés nouveaux innovants Vision syst.. Valo. déchets Bioréacteurs Séparation et purification UPR 9036  JP BELAICH (20%) PR HP FIEROBE (20 %) CR C TARDIF (15%) PR P de PHILIP (10 %) MdC S PAGES (30 %) MCU O VALETTE (20 %) T A BELAICH (30 %) IR M ASTHER (10 %) DR JC SIGOILLOT (10 %) PR E RECORD (30 %) CR (15 %) MdC  UMR 5504  P SOUCAILLE P MONSAN (5 %) PR UMR 5504  JM FRANCOIS (10 %) PR L BENBADIS (100 %) CR S GUILLOUET (40 %) MdC V LEBERRE (20 %) CR V GUILLOU (20 %) IR MO LORET (100 %) T M COT (100 %) Doct.  IBCG IFR 5095  M RIGOULET (20 %) PR B BEAUVOIT (20 %) MdC A DEVIN (30 %) CR O BUNOUST (50 %) T X. (100 %) Doctorant  UMR 8261  M JACQUET (10 %) PR E BOY-MARCOTTE (25 %) MDC M LEPECHEUR (100 %) DEA  UMR 1083  S DEQUIN (10 %) DR S ANSANAY-GALEOTE (50 %) CR B BLONDIN (5 %) MdC JL URIBELARREA (15 %) PR C JOUVE (25 %) MdC C FONADE (10 %) PR C LAFFORGUE (10 %) CR AS ALDIGUIER (100 %) Doctorant MF BEN CHAABANE A DONCESCU (20 %) MdC G ROUX (20 %) MdC C BIDEAUX (25 %) IR   CRT/CRITT  J URRACA (50 %) IE F RIZZETTO (15 %) AI D AURIOL (10 %) IR S ALFENORE (100 %) X CAMELEYRE (100 % )   LAAS IFR 8001  J AGUILAR MARTIN UMR 5504  C JOUVE (25 %) MdC  IFR 112  F CHARBIT P. MOULIN (30 %) MdC P GUICHARDON (30 %) MdC  UMR 5635  G POURCELY C INNOCENT F XU (20 %) Doctorant E PETIT (10 %) AI N KOURDA (10 %) AI (CDD)  G. GOMA P BLANC (25 %) IR   IFP  D BALLERINI (25 %) DR PRI 1 : Biocarburant éthanol

PRI 1 : Biocarburant éthanol Analyse multi-étage pour identifier la(les) Etape(s) limitante(s) physiologique Genome Génomique comparée Expression différentielle Changement niveau protéique Régulation et flux métabolique transcriptome PRI 1 : Biocarburant éthanol Biologie ‘Intégréé Outils bio-informatique pour réconciliation Proteome Metabonome