Dissertationen zum Thema „Microorganismes – Génie génétique – Essais“

ROQUETTE transforme et valorise le pois (Pisum sativum) pour produire des protéines, des fibres et des amidons. Au cours du procédé, diffé-rentes fractions secondaires sont générées dont le soluble de pois, désigné LAB 4960 après atomisation. Ce coproduit riche en fibres est inapte pour la nutrition humaine car il peut causer des désordres diges-tifs, engendrés par la forte teneur en α-GOS, des α-galacto-oligosaccharides formés de 1 à 3 unités de galactose liées par des liaisons α-(1-6). Parmi les α-GOS, on retrouve le raffinose, le stachyose et le verbascose qui sont non digérés par l’homme mais fermentés par le microbiote intestinal. L’objectif de ce projet de thèse est donc de ré-duire la teneur en α-GOS du LAB 4960 par voie microbienne afin d’en améliorer sa digestibilité. Pour atteindre cet objectif, une stratégie a été mise en place en deux temps. Dans une première partie, une collec-tion microbienne très diverse en termes d’espèce et d’origine (végétale vs animale) a été constituée à partir de graines de pois avec la caracté-risation de la diversité microbienne du pois de différents terroirs et à partir des collections internes de l’INRAE et de la société ROQUETTE. Dans une deuxième partie, la collection a été testée pour son aptitude à hydrolyser les α-GOS du LAB 4960. Le criblage de souches a été réparti sur trois phases, impliquant différents critères de sélection. La phase 1 a permis de sélectionner les souches capables de croître sur le LAB 4960 gélosé dans deux conditions d’oxygénation (aérobie et anaérobie) et de pH (acide et neutre). La phase 2 a permis d’identifier les sucres par Chromatographie sur Couche Mince après 72 h de culture sur le LAB 4960 liquide. Les souches ayant réduit les α-GOS ont été retenues en phase 3 pour le dosage des sucres par Chromatographie liquide haute performance couplée à la spectrométrie de masse. Dans la première partie, l’étude par métagénétique de la diversité de la surface de pois de différents terroirs après trempage, a montré une forte dominance d’espèces bactériennes appartenant aux Proteobacteria (57%) et Firmicutes (28%) et d’espèces fongiques appartenant aux Ascomyco-ta (89%) et Basidiomycota (11%). La structure de la communauté épiphyte associée à la graine de pois a été fortement impactée par son origine (coopératives et pays). A partir du jus de trempage des graines de pois, 102 souches ont été isolées et assignées à 52 es-pèces. Les 52 souches du pois représentatives de chaque espèce identifiée ont été ajoutées aux 157 souches représentatives de 82 espèces microbiennes des collections internes. Dans la seconde partie, le criblage de la collection a montré que 89% des souches testées ont pu croître sur le LAB 4960 gélosé. A peu près 20% des souches ont dégradé uniquement le saccharose. L’apparition des sucres mélibiose, manninotriose et manninotétraose traduisant une défructosylation a suggéré que 19% de souches ont hydrolysé les α-GOS via une β-fructosyltransférase dont 4% provenaient du pois. Enfin, 4% des souches ont hydrolysé les α-GOS via une α-galactosidase dont 1% provenait de pois. Sur les 49 (23%) souches hydrolysant les α-GOS, deux souches se sont démarquées par leur forte activité hydrolytique : Candida pseudoglaebosa CBS 6715T et Serratia liquefaciens GBM09. Une étude sur milieu minimum, milieu LAB 4960 et en bioréacteur sur LAB 4960 de concentrations diffé-rentes a montré que, dans des conditions optimales de croissance, la bactérie GBM09 est capable d’hydrolyser les α-GOS par ordre de degré de polymérisation croissant à pH neutre et à 20°C alors que la levure CBS 6715T hydrolyse l’ensemble des α-GOS simultanément à pH acide et à 28°C. Ces essais préliminaires ont permis de valider une première preuve de concept d’un aliment fonctionnel fermenté et laissent espérer favorablement leur développement à l’échelle industrielle en ouvrant la voie à de nombreuses innovations
ROQUETTE transforms and valorizes peas (Pisum sativum) to produce proteins, fibers and starches. During this process, various secondary fractions are generated, including the pea soluble, designated LAB 4960 after atomization. This fiber-rich co-product is unfit for human consumption in its current form as it can cause digestive disorders, caused by the high content of α-GOS, α-galactooligosaccharides formed from 1 to 3 galactose units linked by α-(1-6) bonds. Among the α-GOS are raffinose, stachyose and verbascose which are not digested by humans, but fermented by the intestinal microbiota. The aim of this thesis project is therefore to reduce the α-GOS content of LAB 4960 by microbial fermentation in order to improve its digestibility. To achieve this objective, a twofold strategy has been implemented. In a first part, a microbial collection that is very diverse in terms of species and ori-gins (plant vs. animal) was built up from pea seeds with the characteri-zation of the microbial diversity of peas from different terroirs and from the private collections of the INRAE Laboratory and the ROQUETTE Company. In a second part, the constituted collection was tested for its ability to hydrolyze the α-GOS from LAB 4960. The screening of the strains was split into three steps, involving different selection criteria. Step 1 allowed the selection of strains capable of growing on LAB 4960 agar under two conditions of oxygenation (aerobic and anaerobic) and pH (acidic and neutral). Step 2 allowed the identification of sugars by Thin-layer chromatography after 72 hours of culture on the liquid LAB 4960. The strains that reduced the α-GOS were selected in step 3 for the quantification of sugars by High performance liquid chromatog-raphy coupled to mass spectrometry. In the first part, the metagenetic study of pea surface diversity according to different terroirs after soak-ing, showed a strong dominance of bacterial species belonging to Proteobacteria (57%) and Firmicutes (28%) and fungal species be-longing to Ascomycota (89%) and Basidiomycota (11%). The structure of the epiphytic community associated with the pea seed was strong-ly influenced by its origin (storage cooperatives and countries). From the pea seed soaking juice, 102 strains were isolated and assigned to 52 species. The 52 pea strains representative of each identified spe-cies were added to the 157 strains representative of 82 microbial species in the internal collections. Screening of the collection showed that 89% of the strains tested were capable of growing on LAB 4960 agar. About 20% of the strains degraded only sucrose. The occurrence of sugars as melibiose, manninotriose and manninotetraose, known to be the product of defructosylation, suggested that 19% of the strains hydrolyzed α-GOS by a β-fructosyltransferase of which 4% came from peas. Finally, 4% of the strains hydrolyzed α-GOS by an α-galactosidase, of which 1% came from peas. Among the 23% strains hydrolyzing α-GOS, two strains stood out for their strong hydrolytic activity: Candida pseudoglaebosa CBS 6715T and Serratia liquefa-ciens GBM09. A study on minimum medium, LAB 4960 medium and in a bioreactor on LAB 4960 of different concentrations showed that, under optimal growth conditions, the GBM09 bacterium is capable of hydrolyzing the α-GOS in increasing order of degree of polymeriza-tion at neutral pH and at 20°C whereas the yeast CBS 6715T hydro-lyzes all the α-GOS simultaneously at acid pH and at 28°C.These preliminary trials have made it possible to validate a proof of con-cept for a fermented functional food and hold out promise of their development on an industrial scale, paving the way for many innova-tions

Bacillus subtilis produit grâce à un mécanisme non-ribosomique trois types de lipopeptides, possédant de nombreuses activités biologiques : les iturines, les surfactines et les fengycines ou plipastatines. La synthèse de ces molécules est le plus souvent soumise à une régulation complexe. Par ailleurs, leurs propriétés tensioactives rendent la production de ces lipopeptides en bioréacteur aéré difficile à cause d’une formation massive de mousse, empêchant leur production à grande échelle. Les travaux effectués reposent sur deux approches pour l’optimisation de la production des lipopeptides de B. subtilis. D’un côté, la mise au point d’un procédé innovant, basé sur la technologie du bioréacteur à contacteur à membrane air/liquide (bioréacteur sans bulles), pour la production de lipopeptides sans la formation de mousse. Les performances de ce bioréacteur à membrane, ont permis par la suite l’élaboration d’un procédé intégré multimembranaire pour la production, l’extraction et la purification en continu des lipopeptides de B. subtilis. D’un autre côté, une optimisation génétique de la production de surfactine a été entreprise pour se libérer de la régulation complexe de la synthèse de ce lipopeptide et obtenir une souche, dérivée de B. subtilis 168, uniquement productrice de surfactine, BBG131. Les différents mutants obtenus dans le cadre de cette optimisation génétique ont également permis de démontrer le caractère soit synergique soit antagoniste de la co-production de la surfactine et de la plipastatine sur les propriétés biologiques de B. subtilis. Par ailleurs, l’exploitation du mutant BBG131 dans le procédé intégré mis au point précèdemment a permis la production, l’extraction et la purification de plusieurs dizaines de grammes de surfactine, laissant entrevoir la faisabilité de ce procédé intégré à l’échelle industrielle
Bacillus subtilis produces up to three families of lipopeptides through a non-ribosomal mechanism, i.e., iturins, surfactins and fengycins or plipastatins. These molecules show a broad range of biological properties.Their biosynthesis is most often subject to complex regulation. In addition, the surface properties of these molecules make the production of the lipopeptide in an aerated bioreactor difficult because of the foaming, rendering difficult their large-scale production. This work was based on two approaches to optimize the production of the lipopeptide. On the one hand, an innovative process based on the technology of membrane bioreactor was developed for the production of lipopeptide to circumvant the massive foaming problem. For the first time, different bubbleless bioreactors were used for lipopeptide production by B. subtilis using hollow fiber membranes as air-liquid contactor. The performance of this bubbleless bioreactor enabled us to conduct a study of the lipopeptide production in a bubbleless bioreactor coupled with a continuous lipopeptide membrane extraction. On the other hand, a genetic optimization of the production of surfactin was undertaken to release its synthesis from a complex regulation and to obtain a single surfactin producer strain derived from B. subtilis 168, named BBG131. The different mutant strains obtained in this genetic optimisation process allow us to demonstrate some synergistic or antagonistic effect of surfactin and fengycin co-production on biological properties of Bacillus subtilis. Furthermore, the use of BBG131 in the integrated process previously developed led to the production, extraction and purification of several tens of grams of surfactin, pointing out the feasibility of this integrated process at the industrial scale

Un procede de culture cellulaire en milieu liquide a ete developpe pour une espece modele, la mandarine commune (citrus deliciosa ten. ). La recherche des facteurs permettant d'orienter a volonte les cultures cellulaires de la multiplication indifferenciee vers l'embryogenese somatique, a montre que la diminution de la densite cellulaire au moment de l'inoculation est 60 fois plus efficace que le remplacement du saccharose par le galactose. La difference de comportement des cellules, placees sur galactose ou sur saccharose, se determine tres tot comme en temoignent les differences de consommation de 4 principaux macroelements (calcium, phosphore, potassium, magnesium). La modification des conditions de l'environnement hydrique, avec l'utilisation de systeme a immersion temporaire, favorise la morphogenese des embryons et leur aptitude a la germination. Disposant d'un systeme de culture cellulaire efficace, les manipulations genetiques ont pu etre envisagees. Deux techniques complementaires ont ete abordees: fusion de protoplastes et transfert de genes dans des protoplastes, tous deux induits par le polyethylene glycol. Apres fusion somatique, des jeunes plantes ont ete regenerees tandis que l'etape de regeneration a echoue dans les experimentations de transformation genetique

Dans ces travaux des approches de génie génétique et métabolique ont été mises en œuvre pour augmenter la fourniture des précurseurs nécessaire à la biosynthèse d’un lipopeptide produit par Bacillus subtilis. Un réseau métabolique du métabolisme des acides aminés chez B. subtilis a d'abord été formalisé et modélisé par des outils bioinformatique. Puis, grâce à l’utilisation de la programmation par contrainte et à l’interprétation abstraite des interruptions de gènes ont été prédites dans ce réseau. Les prédictions se sont basées sur des gènes qui sont directement ou indirectement impliqués dans la régulation des gènes responsables de la biosynthèse de certains acides aminés ou dans le métabolisme central du carbone. Une stratégie de suppression de gènes sans l’utilisation de marqueur antibiotique (technique du Pop-in Pop-out) a été entreprise pour mener à bien ces multiples délétions dans une même souche et en évitant ainsi une limitation par les antibiotiques. Les résultats obtenus suite à la délétion de ces gènes ont montrés un impact différent sur la production du lipopeptide tant d’un point de vue quantitatif que qualitatif. Ce travail a établi que la limitation de la biosynthèse du lipopeptide par la fourniture en précurseur peut être surmontée en utilisant cette approche intégrée
Genetic and metabolic engineering approaches were implemented to increase the precursor availability required for the biosynthesis of a lipopeptide produced by Bacillus subtilis. A metabolic network of amino acids metabolism in B. subtilis was first formalized through biocomputing tools. Then gene knock-out prediction was made using abstract interpretation and constraint solving. Predictions were based on genes which are directly or indirectly involved in the regulation of the genes involved in the biosynthesis of amino acid residues or in central carbon metabolism pathways. A markerless gene deletion strategy (Pop-in Pop-out technique) was adopted to carry out multiple deletions in a single strain and avoid antibiotic limitation. It was observed that the deletion of these genes have varied impact on lipopeptide production quantitatively and qualitatively. This work establishes that the precursor limitation problem of lipopeptide biosynthesis can be overcome by using this integrative approach

Les bioréacteurs à biofilm représentent une technologie prometteuse pour la production continue de biosurfactants microbiens grâce à la robustesse naturelle des cellules immobilisées et à la conception possible de procédés évitant la formation de mousse. La souche bactérienne B. subtilis 168 a le potentiel de produire de la surfactine, un biosurfactant puissant qui possède des activités biologiques exceptionnelles ayant des applications industrielles diverses. Cependant, B. subtilis 168 ne présente que de faibles capacités de formation de biofilms et donc entraîne des capacités d'adhésion cellulaire limitées. Afin d'améliorer l'immobilisation cellulaire naturelle de B. subtilis 168 et pour mieux adapter cette souche à la culture de biofilms, des mutants filamenteux avec une production d'exopolysaccharides (EPS) restaurée ont été générés. Les impacts des modifications génétiques ont été évalués par des tests de colonisation et en mesurant la capacité de formation de biofilm sous faible contrainte de cisaillement dans un réacteur à écoulement goutte à goutte (DFR). Par la suite, les souches les plus performantes ont été sélectionnées et cultivées dans un bioréacteur à biofilm à film tombant continu contenant des éléments de garnissage métallique structurés pour la formation de biofilm. De plus, un modèle de croissance bactérienne a été développé pour décrire la dynamique de croissance des cellules planctoniques et du biofilm dans le système. Le développement des colonies a été fortement affecté par la croissance des cellules filamenteuses et la production d'EPS ce qui s’est manifesté par une capacité accrue d'étalement de surface et de colonisation. Dans le DFR et le bioréacteur à biofilm à film tombant, les mutants EPS+ ont montré des performances significativement augmentées concernant la formation de biofilm et les capacités de production de surfactine. La filamentation cellulaire a eu un impact mineur sur le procédé mais a contribué à une meilleure cohésion cellulaire dans le biofilm et a également conduit à un détachement cellulaire réduit pendant la culture. Ainsi, la production d'EPS et la croissance des cellules filamenteuses ont considérablement contribué à l'amélioration des performances du procédé dans le système. De plus, la culture en mode continu s'est révélée favorable à une production élevée en surfactine. Les données expérimentales du bioréacteur à biofilm à film tombant sont concordantes avec celles obtenues par des simulations avec le modèle de croissance développé. Par conséquent, le modèle de croissance a été validé avec succès et pourrait être utilisé pour une optimisation ultérieure de procédés à biofilm
Biofilm bioreactors show promise for continuous microbial biosurfactant production due to the natural robustness of self-immobilized cells and the possible design of processes avoiding foam formation. The widely used bacterial strain B. subtilis 168 has the potential to produce surfactin, a powerful biosurfactant with exceptional biological activities and various industrial applications. However, B. subtilis 168 exhibits only poor biofilm formation capacities and thus entails limited cell adhesion capacities. In order to improve the natural cell immobilization of B. subtilis 168 to adapt this strain better to biofilm cultivation, filamentous mutant strains with restored exopolysaccharide (EPS) production were generated. The impacts of the genetic modifications were evaluated through colonization assays and by measuring the biofilm formation capacity under low shear stress in a drip-flow reactor (DFR). Subsequently, the most performant strains were selected and cultivated in a newly designed continuous trickle-bed biofilm bioreactor containing highly structured metal packing elements for biofilm formation. Moreover, a bacterial growth model was built able to describe the growth dynamics of the planktonic cell and biofilm population in the system. The colony development was strongly affected by filamentous cell growth and EPS production which was manifested through an enhanced surface spreading and colonization capacity. In the DFR and trickle-bed biofilm bioreactor, the EPS+ mutants showed significantly increased performances regarding the biofilm formation and surfactin production capacities. Whereas cell filamentation had a minor impact on the processes, but contributed to a better cell cohesion in the biofilm and led to reduced cell detachment during the cultivation. Thus, EPS production and filamentous cell growth contributed considerably to an improved process performance in the system. In addition, continuous fermentation has shown to be favorable for a high surfactin productivity. The experimental data from the trickle-bed biofilm bioreactor were in good accordance with those obtained by simulations with the developed growth model. Hence, the growth model has been successfully validated and could be used for further process optimization

Ce travail se proposait de développer, à l’échelle du laboratoire, un procédé de production microbienne d’acide hyaluronique (AH), biopolymère d’intérêt pour la cosmétique et la santé, chez une bactérie lactique naturellement productrice, Streptococcus zooepidemicus. Une étude bibliographique a permis d’identifier les points potentiellement critiques pour ce travail qui sont la composition du milieu de culture (identification de nutriments essentiels à la synthèse d’acide hyaluronique), les conditions opératoires et plus particulièrement d’oxygénation (transfert d’oxygène mais aussi maintien du potentiel d’oxydo-réduction), en relation avec les performances de production et le métabolisme des souches considérées. Une étape préliminaire a consisté en un développement et une amélioration de techniques analytiques pour disposer d’outils pertinents de suivi du métabolisme de Streptococcus zooepidemicus. La quantification de la biomasse hors acide hyaluronique ainsi que la détection de l’activité hyaluronidasique ont ainsi été développées tandis que d’autres méthodes chromatographiques et enzymatiques ont été simplement appliquées et validées aux substrats et métabolites considérés. La mise en œuvre de souches « environnementales » prélevées sur des sites infectieux chez le cheval, ainsi que de souches de collection, a permis dans un premier temps de formuler un milieu de culture et de définir des conditions de mise en œuvre exploitables à plus grande échelle pour la production d’AH. Des résultats très encourageants ont pu être obtenus avec des productions d’AH supérieures aux essais de la littérature, tout en mettant en avant des facteurs influents cruciaux tels que la concentration initiale en glucose ou encore l’oxygénation des cultures. L’influence de ces facteurs a été étudiée par la suite par le biais de cultures en bioréacteur de laboratoire en modes discontinu et discontinu-alimenté avec pour résultat l’obtention d’un mode de mise en œuvre et de conditions physico-chimiques de production améliorées. En parallèle, une étape importante de ce travail a consisté en une approche d’amélioration de souches « environnementales » par mutagénèse aléatoire, les performances de ces souches s’avérant initialement décevantes. Des mutants surproducteurs ont ainsi été générés, caractérisés au niveau de leurs performances métaboliques et conservés. En dernier lieu, un des mutants les plus performant a été mis en œuvre dans les conditions et le mode de culture sélectionnés précédemment. Tant le niveau de production d’AH, la productivité associée, que les tailles obtenues ont permis de valider ce travail de développement d’un procédé microbien de production d’AH, tout en identifiant de nouvelles voies d’amélioration
This work intended to develop a laboratory scaleproduction process ofhyaluronic acid (HA), a biopolymer of health and cosmetic interest, using a naturally AH producing lactic acid bacterium, Streptococcus zooepidemicus. A literature review allowed to identify the following critical points: firstly, the composition of the culture medium (identification of essential nutrients for microbial growth and synthesis of HA), secondly, the oxygenation level (oxygen transfer and associated redox modifications), and finally, in relation with, the production and metabolism abilities of the considered strains. A preliminary step was dedicated to the developmentorthe improvementof analytical techniques in order todispose of appropriate tools for the monitoring of Streptococcus zooepidemicus metabolism. The quantification of the biomass without considering capsular HA fraction as well as detection of hyaluronidase activity have been developed while other chromatographic and enzymatic methods have been more basically applied to and validated with the substrates and metabolites considered. The laboratory scale cultures of collection (ATCC) as well as “environmental” strains were initially used to formulate a workable cultivation broth and to define suitable culture conditionsfor a use at a larger scale to produce HA. Very positive results were obtained with higher production of HA in comparison with literature assays, while critical influencing factors such as the initial glucose concentration or the oxygenation levelin cultures were highlighted. The influence of these factors was thoroughly studied with bioreactor cultures in both batch and fed-batch modes leading to improved cultivation conditions and culture mode. In parallel, another important step consisted in the highly performance improvement of initially low HA producing "environmental" strains via random mutagenesis. Very promising overproducing mutants have therefore been generated, characterized in their kinetic and metabolic capabilities and long-term stored. At last, one of the best and most reliable mutant has been cultivated with the best previously selected medium composition and operating conditions. Both the HA production level, productivity and size observed validated the findings of this process development work, while helping to identify new improvement domains and strategies

Parmi les espèces de levures du clade CTG, certaines sont responsables de candidoses tandis que d’autres présentent des potentiels en biotechnologie. Depuis quelques années, nous assistons à une intensification des recherches sur ces levures. Cependant, leur code génétique particulier a ralenti la mise au point d’outils génétiques pour la plupart d’entre elles. Cette thèse vise à développer des outils moléculaires standardisés pour un grand nombre d’espèces de levures du clade CTG. Nous avons d’abord conçu des vecteurs d’expression adaptés à l’espèce M. guilliermondii. Par la suite, nous avons caractérisé le gène de résistance à l’acide mycophénolique IMH3.2 afin de l’utiliser comme marqueur de sélection lors de la transgénèse d’espèces du clade CTG. Enfin, nous avons mis au point une série de vecteurs permettant la manipulation génétique de ces espèces. Ce travail a conduit à la conception d’une large gamme d’outils utilisable dans un grand nombre de ces levures, pré-requis essentiel aux futurs recherches en mycologie médicale et au développement de stratégies de biologie synthétique
The fungal CTG clade includes well-known yeasts of clinical importance and/or biotechnological potential. Thus, albeit being intensively studied over the last 30 years, their uncommon genetic code precludes the use of the widely available markers and reporter systems for genetic approaches in these microorganisms. We provide here a toolbox to genetically manipulate a wide range of CTG clade species. Firstly, we developed a new series of versatile controllable expression vectors for M. guilliermondii. After, we characterized MPA-resistant gene IMH3.2 et used it as a drug resistance marker in several yeast species. Finaly, we provide a molecular toolbox suitable to genetically manipulate a broad range of prominent species from the CTG clade. This versatile toolkit represents a new starting point for successful developments of research in medical mycology in the CTG clade but also will expedite synthetic biology strategies in these microorganisms for biotechnological applications

Les biotechnologies sont un outil puissant permettant d’emprunter les circuits biologiques pour produire des composés aux applications multiples (médecine, alimentation, industries…). Les cyanobactéries possèdent des propriétés génétiques et trophiques précieuses pour réduire les coûts et l’empreinte environnementale de ces procédés (photosynthèse, fixation du CO₂, sources d’azote assimilables...). Elles produisent aussi naturellement certaines molécules énergétiques comme le H₂ dont pourraient émerger de nouvelles filières propres de biocarburants. Cependant, une compréhension globale et approfondie de leur physiologie est nécessaire pour concevoir un châssis biologique performant à partir de ces organismes. Elles sont aisément manipulables génétiquement mais présentent une versatilité favorisant la fixation de mutations bénéfiques mais aussi délétères pour leur exploitation à grande échelle. Au cours de ma thèse, j’ai construit et étudié des mutants d’un régulateur de l’assimilation du CO₂ dont l’activation est liée à la photosynthèse. J’ai montré que l’activité du cycle de Calvin synchronise les flux du carbone et le statut rédox de Synechocystis et que sa dérégulation se répercute de manière pléiotropique sur son métabolisme. Plus spécifiquement, je me suis intéressé au déséquilibre carbone/azote dans cette espèce et à son métabolisme de l’urée qui présente un intérêt biotechnologique considérable. J’ai démontré que ce dernier était en compétition avec l’hydrogénase pour l’insertion du nickel dans leurs centres catalytiques respectifs. L’insuffisance de ce métal a permis de sélectionner des mutants de l’uréase tolérant une exposition prolongée à l’urée et conservant une forte capacité de production de H₂ en présence de ce substrat azoté. L’ensemble de ces résultats montre que le métabolisme de Synechocystis peut être détourné au profit de certains processus cellulaires. Les approches « omiques » permettent d’identifier globalement les réponses physiologiques induites ainsi que les leviers biologiques de compensation. Ces travaux sont discutés au regard des implications biotechnologiques de l’instabilité génétique et de la nécessité de renforcer notre compréhension de la plasticité métabolique et génomique des cyanobactéries
Biotechnology is a powerful tool allowing exploitation of biological circuits to produce compounds with multiple uses (medicine, nutrition, industrial…). Cyanobacteria have valuable genetic and trophic properties which could reduce the costs and the environmental footprint of these processes (photosynthesis, CO₂ fixation, assimilation of diverse nitrogen sources…). They also naturally produce energetic molecules such as H₂ from which new and sustainable biofuels sectors may rise. However, a global and fine understanding of their physiology is required in order to design an efficient biological chassis with these organisms. They are genetically manipulable but also exhibit a strong versatility favoring fixation of mutations that can be either beneficial or harmful to their large-scale cultivation. Over the course of my PhD, I constructed and studied mutants of a CO₂ fixation regulator whose activation is linked to photosynthesis. I showed that the Calvin cycle activity synchronizes carbon fluxes and redox status in Synechocystis and that its deregulation affects the metabolism in a pleiotropic manner. I was specifically interested into the carbon/nitrogen balance in this species and its urea metabolism which is of prime interest in biotechnology. I demonstrated that the latter was in competition with the hydrogenase for the insertion of nickel into their respective catalytic centers. Scarcity of this metal leads to selection of mutants thriving upon prolonged exposure to urea that retained a high capacity of H₂ production in presence of this nitrogenic substrate. This work shows that the metabolism of Synechocystis can be altered in favor of other cellular processes. Omics approaches allow global identification of the physiological responses induced as well as the biological compensation mechanisms. These observations are discussed with regards to biotechnological implications of genetic instability and the need to strengthen our understanding of metabolic and genetic plasticity in cyanobacteria