Présentation

Nos travaux portent sur la compréhension, l’orientation et l’optimisation de catalyseurs microbiologiques ou enzymatiques pour la valorisation de ressources renouvelables (ex : résidus agro-industriels ou de l’agro-foresterie, exsudats - riches en sucre, lipides ou en acides gras, composés terpéniques, CO₂) en molécules d’intérêt (ex : lipides fonctionnalisés, polymères de type PHA). Notre intérêt scientifique est d’étudier les relations entre l’état d’un biocatalyseur et la dynamique d’une réaction biologique, en fonction de l’environnement.

Approche développée

La transformation de résidus agro-industriels ou d’exsudats implique l’utilisation de matières premières hétérogènes et variables, nécessitant parfois des prétraitements, et générant des environnements hétérogènes et multiphasiques pour les étapes de conversion. De plus l’hétérogénéité nécessite une caractérisation fine des produits, afin de mieux comprendre la variabilité et son impact sur l’extraction ou les réactions de transformation.

La mise en œuvre maitrisée de biocatalyseurs dans ces conditions est un défi mais aussi un avantage car ils sont naturellement adaptés à la valorisation de substrats complexes, et permettent le développement de procédés verts, dans des conditions douces. Leur utilisation s’inscrit logiquement dans le cadre de la mise en place d’une bioéconomie circulaire, d’un usage durable des ressources sans compétition avec l’alimentaire.

A ces fins nous étudions les relations (i) structure/fonction des enzymes et (ii) production/état physiologique des cellules en vue de l’orientation de la réaction vers un composé d’intérêt.

Pour cela une approche intégrée et pluridisciplinaire est développée, prenant en compte la complexité des systèmes biologiques (enzymes/cellules) et les diverses contraintes de production à l'échelle laboratoire ou industrielle. Ceci implique un suivi et un contrôle de la réaction biologique durant toute la durée du procédé, l’objectif étant la maîtrise des conditions opératoires pour améliorer les performances des procédés c’est à dire maintenir les enzymes/cellules dans un état structurel/physiologique compatible avec une production optimale.

En appui des réacteurs instrumentés, l’équipe dispose de moyens analytiques (HPLC, GC…), d’outils spécifiques de caractérisation de cellules et de sous-populations microbiennes (ex : sondes optiques et capacitives, cytométrie en flux), et depuis récemment, des outils de simulation des procédés.

Membres de l'équipe

Permanents

• Hugues Babeur, TR Université de Montpellier
• Patricia Castellani, TFR, Institut Agro Montpellier  
• Pascale Chalier, MCF HDR, Université de Montpellier 
• Claudine Charpentier, AI, Université de Montpellier    
• Estelle Grousseau, MCF, Université de Montpellier
• Rémy Marcouire, AT, Université de Montpellier
• Brais Martinez-Lopez, MCF, Université de Montpellier
• Véronique Perrier, IE, Université de Montpellier
• Laurence Preziosi-Belloy, MCF, Université de Montpellier
• Cecile Sotto, AT, INRAE  
• Maeva Subileau, MCF HDR, Institut Agro Montpellier
• Benoit Senuit, PR, Université de Montpellier (en disponibilité)

Contractuels et stagiaires

• Mercedes Garcia-Sanchez, IR
• Lucie Farrera, ATER
• Coline Perdrier, Doctorante
• Tiana Reynalds, IE
• Alexis Ronceray, IE 

Thématiques de recherche

L'équipe IRB a pour objectif d’étudier les relations entre l’état d’un biocatalyseur et la dynamique d’une réaction biologique, en fonction de l’environnement, notamment dans des conditions de stress favorisant l’accumulation de substances de réserves (lipides, biopolymères (PHAs)). Ces études peuvent être appliquées à différents modèles biologiques mis en œuvre dans des milieux hétérogènes et multiphasiques, en vue de la compréhension des relations (i) structure-fonction des enzymes et (ii) production de substances de réserve-état physiologique des microorganismes.

Actuellement l’équipe IRB se focalise sur deux thématiques phares :

Biosynthèse microbienne contrôlée de PHAs

Une des pistes pour réduire l’impact environnemental des emballages plastiques est d’utiliser des matériaux biosourcés et biodégradables comme les PHAs (PolyHydroxyAlcanoates). Cependant leurs propriétés et mise en forme dépendent essentiellement de leur composition qui dépend entre autres du type de souches, de la stratégie d’alimentation des sources de carbone et du type de limitation imposée. Depuis 2019, l’équipe s’intéresse à l’orientation du métabolisme de souches pures vers la synthèse de polymères de composition différentes (scl-PHAs, mcl-PHAs). Cette thématique démarrée en 2019 via un projet européen H2020 USABLE se poursuit actuellement par un projet ANR LOOP4PACK où la production de P(3HBco3HV) (PolyHy-droxyButyrate-co-HydroxyValerate) à haute teneur en 3HV est étudiée avec une approche cou-plant, cultures en réacteur instrumenté et analyses proche ligne de l’état physiologique de Cupriavidus.

Bioproduction de lipides et dérivés à partir de microalgues

L’utilisation des microalgues comme ressources renouvelables, notamment pour la production de lipides, est au cœur de nombreux enjeux et débats, alimentaires et non-alimentaires. Dans ce contexte, l’équipe travaille sur deux stratégies complémentaires visant à la production de lipides fonctionnels dans la biomasse microalgale.

Nous étudions l’accumulation de lipides en lien avec le mode trophique de culture et les activités lipasiques endogènes dans les microalgues, afin de maîtriser la forme moléculaire et ainsi la qualité des lipides produits, notamment au cours des étapes post-culture. Cette démarche innovante vise au développement de procédés simples et peu coûteux sur la biomasse humide, permettant la stabilisation et la valorisation optimale de l’ensemble des lipides. Elle repose sur le pilotage du métabolisme au cours de la culture, mais aussi à la récolte. De plus, l’identification et la caractérisation de lipases de microalgues pourrait permettre le développement de nouveaux procédés de bioconversion des lipides.

Depuis 2020, plusieurs projets de recherche structurants ont permis de développer la thématique microalgue dans l’équipe IRB :

- le projet FermALip financé l'institut Carnot 3BCAR (2020-2022) qui se poursuit avec le projet de pré-maturation FerMATlip (2023-2024, financement INRAE), en partenariat avec le LBE de Narbonne.

- le projet AlgALAC (2021-2022, AIC INRAE Transform) qui se poursuit avec le projet FLAM (2023-2024, AIC inter-département INRAE Transform/MICA), en partenariat avec l’équipe Grain(e)s et l’UMR STLO de Rennes.

-  le projet Twins4GasPBR financé par l’institut Carnot 3BCAR (2023-2025) ), en partenariat avec le LBE de Narbonne.

De plus, une collaboration forte avec le Centre de Biotechnologie des Algues de l’Université de Californie de San Diego (UCSD) a été initiée par Maeva Subileau suite à des mobilités internationales de chercheur (financées par 3BCAR, Agropolis fondation et SupAgro et par une bourse d’excellence de l’Université de Montpellier -MUSE EXPLORE2-). Cette collaboration porte principalement sur la bioconversion enzymatique de lipides de microalgues en polymères biodé-gardables.

Sélection de références

• Barouh, N., Wind, W., Chuat, V., Gagnaire, V., Valence, F., Bourlieu-Lacanal, C., & Subileau, M. (2024). Variations in Chlorella lipid content in commercial and in-lab produced biomass. OCL, 31 (9). DOI: https://doi.org/10.1051/ocl/2024005
• Perdrier, C., Doineau, E., Leroyer, L., Subileau, M., Angellier-Coussy, H., Preziosi-Belloy, L., & Grousseau, E. (2023). Impact of overflow vs. limitation of propionic acid on poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) biosynthesis. Process Biochemistry, 128, 147-157.
• Kergomard, J., Carrière, F., Subileau, M., Chonchon, L., Paboeuf, G., Barouh, N., ... & Vié, V. (2023, January). Interfacial adsorption and lipolysis behavior of gPLRP2 onto natural lipid membrane extracts from microalgae Chlorella vulgaris, walnuts, and almonds. In Journées Chevreul 2023.
• Re, R. N., Proessdorf, J. C., La Clair, J. J., Subileau, M., & Burkart, M. D. (2019). Tailoring chemoenzymatic oxidation via in situ peracids. Organic & biomolecular chemistry, 17(43), 9418-9424.
• Subileau, M., Jan, A. H., Drone, J., Rutyna, C., Perrier, V., & Dubreucq, E. (2017). What makes a lipase a valuable acyltransferase in water abundant medium? Catalysis Science & Technology, 7(12), 2566-2578.