Plateforme MS-AFM-IR pour l'analyse structurale d'inclusions de lipides dans les micro-organismes oléagineux – BioSound-IR

Le biodiesel est une source d'énergie renouvelable alternative intéressante avec de nombreux avantages environnementaux par rapport aux carburants fossiles : il est neutre en carbone et beaucoup moins toxique que les carburants issus de ressources fossiles. Le biodiesel pourrait réduire la dépendance en carburant dont les prix et la fourniture dépendent fortement des situations politiques et du climat. Aujourd'hui, le biodiesel est issu principalement de la trans-estérification des triacylglycérols (TAG) présents dans les graines de plantes oléagineuses, en esters méthyliques d'acides gras. Cependant cette voie de production est critiquée car elle mobilise des terres agricoles qui pourraient être utilisées pour nourrir hommes ou animaux. Comme alternative, les micro-organismes pourraient être utilisés pour produire des biocarburants à l'échelle industrielle (éthanol, méthane, huile/bio-diesel...). Plusieurs micro-organismes ont démontré des capacités naturelles à stocker les TAG dans des organites spécifiques, appelées corps lipidiques (champignons/levures, algues, actinobactéries). Les TAG sont des précurseurs directs d'esters méthyliques d'acides gras (biodiesel) qui sont chimiquement et structurellement identiques à ceux trouvés dans les carburants commerciaux. L'ingénierie des microorganismes producteurs de biocarburant, est un domaine de recherche très actif et concurrentiel.
Le but ultime de ces efforts est d'initier une production industrielle de biodiesel à base microbienne. Les bactéries Streptomyces, productrices connues d’antibiotiques, ont été cultivées pendant des décennies, dans de grands fermenteurs, par l'industrie pharmaceutique. De ce fait, elles ont été choisies comme micro-organismes oléagineux modèles dans le projet ProBio3 à côté de souches de levure. Une autre caractéristique intéressante des Streptomyces, est leur capacité naturelle à métaboliser divers déchets de l'agro-industrie (lignocellulose, pulpe...) pour leur croissance et la production de TAG, limitant ainsi la consommation de produits utilisés pour l'alimentation humaine. Compte tenu du lien étroit existant entre le métabolisme des lipides de réserve et la production d'antibiotiques démontré par l'équipe IGM / MES, ce projet est aussi susceptible de bénéficier à la recherche de nouveaux antibiotiques. En effet, une faible teneur en TAG est un très bon indicateur d'un rendement élevé de production d'antibiotiques.
Biosound-IR propose une approche multidisciplinaire associant des expertises en physiologie et génétique microbienne, en techniques d'imagerie, en spectroscopie, en chimie analytique et en chemio-informatique.
Une plate-forme spécifique de tomographie acoustique tridimensionnelle 3D couplée à la technique AFM-IR (microscopie à force atomique couplée à une source laser accordable infrarouge, brevetée par le groupe LCP) a été développée. Le Raman spontané et l'imagerie de fluorescence ont été déjà mis en œuvre sur la plateforme MS- AFM. Les modes d'imagerie et de spectroscopie les plus appropriés seront développés en imagerie haute vitesse. Le projet gérera le développement d’un dispositif portable BioWave-Pen de détection micro-onde pour le phénotypage rapide des meilleurs mutants producteurs de TAG. Par ailleurs cette technique pourra être utilisée et pour suivre la consommation des nutriments présents dans le milieu de culture et l’excrétion de métabolites intracellulaires et servira à l'optimisation des conditions de fermentation. Le contenu global en TAG, le volume et la localisation des corps lipidiques seront étudiés dans des souches naturelles ou mutantes de Streptomyces. L'information sur le volume des poches lipidiques sera obtenue en acoustique puis des études en haute résolution seront faites en cryo-SEM sur la plateforme ICB-ARCEN. BioSound-IR est un projet de recherche fondamental susceptible de soutenir les efforts d'entités engagées dans le développement des voies alternatives et économiquement viables de production de biodiesel.