La lignocellulose, principal composant des parois végétales et sous-produit agricole très abondant, est une des sources de carbone renouvelable les plus prometteuses pour la production d'énergie, de produits chimiques ou de biocarburants. L’utilisation de la lignocellulose pour la production de carboxylates repose sur l'utilisation de consortia microbiens. Pour améliorer les rendements de production de carboxylates, ces travaux de thèse se sont intéressés à i) caractériser le fonctionnement des consortia sélectionnés pour leur potentiel lignocellulolytique à partir de différents écosystèmes naturels et ii) à mieux comprendre leurs réponses fonctionnelles face à des changements dans la composition et la structure physicochimique du substrat. Pour cela, des approches d’écologie microbienne et des outils multi-omiques ont été appliquées.
Ainsi, des consortia dérivés de rumen bovin ou d'intestin de termites ont été étudiés par des approches de métabarcoding 16S et de métaprotéomique comparative label-free. Leurs réponses fonctionnelles, enzymatiques et taxonomiques ont été évaluées en utilisant la paille de blée prétraitée par des méthodes mécaniques et/ou chimiques. Ces recherches ont permis de mettre en lumière le rôle et la complémentarité des différentes populations composant les consortia microbiens, ainsi que l’effet des modifications induites par le prétraitement du substrat sur la régulation de l’expression des enzymes impliquées dans la bioconversion des carbohydrates (CAZymes) en carboxylates. De plus, un consortium issu de rumen bovin et enrichi sur des résidus de maïs a également été étudié. L’étude de la dynamique des populations bactériennes au cours de l’enrichissement et de la bioconversion de la lignocellulose a permis de mettre en lumière le rôle des microorganismes libres et attachées au substrat, et de leurs enzymes, fournissant un aperçu inédit du fonctionnement des communautés lignocellulolytiques en bioréacteur. |
Lignocellulose, the main component of plant walls and a very abundant agricultural by-product, is one of the most promising renewable carbon sources for the production of energy, chemicals or biofuels. The use of lignocellulose for the production of carboxylates is based on the use of microbial consortia. To improve carboxylate production yields, this thesis work focused on i) characterizing the functioning of consortia selected for their lignocellulolytic potential from different natural ecosystems and ii) understanding their functional changes in the face of modifications in the physicochemical structure and composition of the substrate. For this, microbial ecology approaches and multi-omics tools were applied.
Thus, consortia derived from bovine rumen or termite gut have been studied by 16S metabarcoding and label-free metaproteomics approaches. Their enzyme activities and taxonomic structure were evaluated using wheat straw pretreated by mechanical and / or chemical methods. This research has shed light on the role and complementarity of the different populations making up microbial consortia, as well as the effect of the substrate changes induced by the pretreatment on the regulation of the enzymes expression operating during the bioconversion of carbohydrates (CAZymes) and carboxylates. In addition, a consortium derived from bovine rumen and enriched on corn stover residues was also performed. The study of the dynamics of bacterial populations during the enrichment and bioconversion of lignocellulose has made it possible to shed light on the role of free microorganisms and those attached to the substrate, and of their enzymes. This thesis work provides an unprecedented insight of the functioning of lignocellulolytic communities in a bioreactor. |