Effets de la source de carbone, de l’apport azoté et de l’oxygénation sur la production de polyhydroxyalcanoates (PHA) biosourcés chez Bacillus megaterium
Financement : Conseil Régional de Normandie, 36 mois à partir de septembre 2018, salaire brut annuel : 21 k€.
Contexte :
Parmi les bioplastiques de substitution aux plastiques d’origine pétrochimique, les polyesters de type polyhydroxyalcanoates (PHA) produits par voie microbienne sont fréquemment mis en avant. Ces biopolymères stockés sous forme de granules intracellulaires constituent une réserve carbonée pour les microorganismes. Leur synthèse survient en réponse à des déséquilibres nutritionnels, classiquement une limitation en azote, mais aussi en phosphore ou d’autres éléments, couplée à un excès en substrat carboné. Leur structure dépend de nombreux facteurs, notamment de la souche et de la source de carbone. Ces polyesters sont classés en deux catégories selon la longueur de leurs chaines latérales : les homo- ou copolymères à chaine courte, scl-PHA, et les hétéro-polymères à chaine moyenne, mcl-PHA. La composition monomérique du polyester et son poids moléculaire conditionnent ses propriétés physiques et thermomécaniques, et donc ses applications.
La plupart des bactéries sauvages accumule une seule catégorie de PHA, scl ou mcl. Cependant, des travaux récents menés au laboratoire ont révélé l’existence d’un métabolisme atypique chez une bactérie à Gram positif : Bacillus megaterium. Ce micro-organisme produit ainsi les deux types de PHA, l’un ou l’autre selon les conditions de culture qui lui sont imposées (Shahid et al, J Biosci Bioeng, 2013, 116:302).
Objectifs :
L’étude consistera à caractériser chez Bacillus megaterium les conditions de culture permettant d’orienter son métabolisme vers un type de PHA prédéterminé, scl- ou mcl-, et de favoriser son accumulation. L’amélioration de la productivité en PHA devra concilier l’obtention de hautes densités bactériennes et des teneurs élevées en biopolymère. Ces aspects seront étudiés selon la méthodologie du « Plan d’Expériences », portant d’abord sur des milieux synthétiques comprenant plusieurs substrats carbonés et combinant différents ratios C/N/O2. Les bioréacteurs instrumentés automatisés et les équipements analytiques du laboratoire (analyseur de gaz en ligne, spectroscopie FTIR, GC-MS, HPLC, etc.) permettent la mise en place de procédés de fermentation innovants et une analyse fiable des différents composés ciblés dans cette étude. Les données obtenues seront confrontées aux voies métaboliques actives, en lien avec les aspects bioénergétiques (bilans carbone, oxygène, ATP, cofacteurs réduits…) afin d’apprécier la dynamique de répartition du flux de carbone (en biomasse cellulaire, PHA et métabolites) et l’effet de la concentration en nutriments sur les cinétiques de croissance et de production de PHA. Un intérêt particulier sera porté à l’étude des conditions déclenchant la commutation anabolique des scl-PHA vers les mcl-PHA et sur sa réversibilité. Les résultats obtenus sur les milieux synthétiques devront permettre de définir des modes de culture efficients pour la production de PHA. Les solutions retenues seront testées sur des sous-produits d’agro-industrie en vue de leur valorisation en PHA.
Méthodologies :
Microbiologie, métabolisme, fermentation en bioréacteur instrumenté, spectroscopie IRTF, GC-MS, HPLC, plan d’expériences, traitement statistique des données.
Profil des candidats :
Le(a) candidat(e) doit être titulaire d’un Master-2 ou d’un diplôme équivalent (ingénieur…). Il ou elle doit posséder de solides connaissances en microbiologie, fermentation et techniques analytiques associées. Une forte motivation pour la recherche et une bonne capacité à communiquer en anglais seront appréciées. Les étudiants intéressés doivent contacter les référents indiqués et leur soumettre leurs dossiers de candidature qui doivent comprendre : une lettre de motivation, un CV détaillé, les résultats obtenus en M1 et M2 ou équivalent, et les coordonnées complètes de leurs encadrants de stage de M1 et M2. Les candidats sélectionnés seront informés par courriel mi-mai et convoqués pour une audition la dernière semaine de mai 2018.
Contacts :
Directeur de thèse : Pr. Ridha Mosrati ridha.mosrati@unicaen.fr
Co-directeur : Dr. David Corroler david.corroler@unicaen.fr