Etude de la saccharification enzymatique du miscanthus par des cocktails cellulolytiques de Trichoderma reesei

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THESE 2008

 Titre de la thèse

Etude de la saccharification enzymatique du miscanthus par des cocktails cellulolytiques de Trichoderma reesei

 Doctorant

Nassim Belmokhtar

 Université-Ecole doctorale

Ecole doctorale Sciences, Technologie, Santé (ED358) / Université de Reims Champagne-Ardennes (URCA)

 Directeur de thèse

Dr. Philippe Debeire, INRA UMR FARE, 2 Esplanade Roland Garros, 51686 Reims
Co-encadrement : Dr. Nicolas Lopes-Ferreira, IFPEN, Rueil-Malmaison et Dr. Brigitte Chabbert, INRA, Reims

 Laboratoires d’accueil

- Département de Biotechnologie de IFP Energies nouvelles (IFPEN), 1-4 Avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison,
- INRA- URCA UMR 614 FARE, Fractionnement des Agroressources et Environnement, 2 Esplanade Roland Garros, BP 224,  51686 Reims

 Responsable de thèse

Nicolas Lopes Ferreira, Département Biotechnologie, IFPEN,  92852 Rueil-Malmaison

 Durée

Trois ans (fin 2008 à fin 2011) – Soutenance le 4 Juillet 2012

Résumé

Le miscanthus est une graminée vivace à rhizome qui possède un métabolisme de photosynthèse efficace permettant d’atteindre des rendements annuels de 20 à 40 tonnes de matières sèches par hectare. Cette forte productivité, nécessitant peu d’intrants, rend cette plante potentiellement intéressante pour la production de biomasse susceptible de se substituer à l’énergie fossile sous forme de carburants de seconde génération.
Le principal objectif de ce projet de thèse vise à apprécier l’impact de l’hétérogénéité anatomique et structurale de cette plante sur sa conversion en éthanol en évaluant la dégradabilité enzymatique des différents organes aériens.
Ce projet de thèse va s’attacher à définir les facteurs physico-chimiques intervenant au cours de l’hydrolyse enzymatique du miscanthus en caractérisant et en étudiant les interactions entre les enzymes et leurs substrats au niveau cellulaire. L’objectif sera ainsi d’évaluer l’aptitude de cette plante à un fractionnement enzymatique et son potentiel en tant que biomasse énergétique, avec l’étude de trois principales questions :

  • effet des prétraitements physico-chimiques de miscanthus sur l’hydrolyse enzymatique,

  • accessibilité des enzymes à leur substrat,

  • définition de la composition des mélanges enzymatiques adaptés au substrat prétraité.

Résultats

Les travaux ont révélé une distribution hétérogène des composés phénoliques au sein des parois cellulaires du miscanthus qui n’expliquent pas complétement les différences observées lors de la dégradation enzymatique.

L’ensemble des modifications que subissent les complexes lignocellulosiques lors des prétraitements affectent directement la progression des enzymes cellulolytiques dans les tissus. La pénétration des enzymes au sein du réseau pariétal est également impactée par la modification des propriétés de surface des parois et de leur porosité.

Un levier important permettant d’optimiser les rendements de saccharification des parois de miscanthus  est l’amélioration des cocktails enzymatiques produits par Trichoderma reesei. Les travaux ont montré l’importance d’enrichir les mélanges enzymatiques en activités hémicellulasiques et indiquent une implication éventuelle d’enzymes auxiliaires telles que les GH61( polysaccharides monooxygénases), dont il faut déterminer leur fonction précise. Ils favoriseraient l’action des cellulases classiques en coupant les cycles osidiques et/ou en modifiant la surface des microfibrilles de cellulose.

L’optimisation du cocktail enzymatique peut être faite en modifiant les conditions de production des enzymes ou en remodelant le génome des souches industrielles de Trichoderma reesei.

Livrables

Publications et communications

Articles :

  • Changes in phenolics distribution after chemical pretreatment and enzymatic conversion of Miscanthus x giganteus internode. N Belmokhtar, A Habrant, N Lopes Ferreira and B Chabbert, Accepted in Bioenergy Research – DOI 10.1007/s12155-012-9275-2

  • Miscanthus for second-generation bioethanol: performances of acid pretreatments and (reconstituted) cellulolytic cocktails from Trichoderma reesei. N Belmokhtar, B Chabbert and N Lopes Ferreira, Submitted to Biotechnology and Bioengineering

Articles de conférence :

  • Impact of acid and alkali pretreatment of Miscanthus giganteus on cell-wall lignin and hydroxycinnamic acids in relation to degradation by polysaccharide-active enzymes. N Belmokhtar, A Habrant, N Lopes Ferreira and B Chabbert, Italic 6- Proceeding Book – Science & Technology of Biomasses : Advances and Challenges, September 5-8, 2011, Tuscia University, Viterbo, Italy

Présentations orales :

  • Impact de prétraitements chimiques sur les phenols pariétaux et la saccharification enzymatique de Miscanthus. N Belmokhtar, A Habrant, N Lopes Ferreira, B Chabbert, Journées du Réseau Français des Parois, 6, 7 et 8 Juin 2011 à Lille (France)

  • Impact of acid and alkali pretreatment of Miscanthus x giganteus on cell- wall lignin and hydroxycinnamic acids in relation to degradation by polysaccharide-active enzymes, N Belmokhtar, A Habrant, N Lopes Ferreira, B Chabbert, Italic 6 September 2011, Rome (Italy)

Communication par affiche (poster) :

  • Impact of acid and alkali pretreatment of Miscanthus x giganteus on cell-wall lignin and hydroxycinnamic acids in relation to degradation by polysaccharide-active enzymes, N Belmkhtar, A Habrant, N lopes Ferreira, B Chabbert, Annual meeting of International Academy of Wood Science (IAWS), September 2011, Stockholm (Sweden)

Contact

Nicolas Lopes Ferreira
IFP Energies nouvelles

1-4 Avenue de Bois-Préau

92852 Rueil-Malmaison Cedex
nicolas.lopes-ferreira@ifpen.fr