E-Tricel

Thème

Exploration de la biodiversité enzymatique pour la complémentation du secrétome de Trichoderma reesei afin d’améliorer l’hydrolyse des lignocelluloses.

Financement & durée

ANR, 2007-2009.

Responsable scientifique

Pedro M. Coutinho, UMR 6098 CNRS

Partenariat scientifique

  • UMR EcoFoG
  • UMR INRA/ Universités de Provence et de la Méditerranée
  • UMR 6098 CNRS/ Universités de Provence et de la Méditerranée « Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques
  • Institut Français du Pétrole (IFP)
  • Société SAF-ISIS

Présentation du projet

Contexte, problématique et intérêt régional

Ce projet porte sur le thème 3 « conversion de la biomasse par voie biologique » et a pour ambition de développer un procédé économiquement viable de production de biocarburants, en combinant : i) l’exploration de l’ensemble des champignons de dégradation du bois « pourritures blanches, brunes et molles » (biodiversité naturelle) ; ii) le criblage robotisé à haut débit de cette biodiversité pour rechercher des activités complémentaires de celles de Trichoderma (biodiversité expérimentale); iii) des approches de génomique capables de révéler la signature des activités manquantes au génome de T. reesei (biodiversité computationnelle). L’objectif prioritaire est l’amélioration de l’hydrolyse des lignocelluloses par modelage du génome de T. reesei avec les nouvelles protéines identifiées. La biodiversité naturelle sera examinée au sein de la flore fongique présente en forêt tropicale. En effet, les champignons de ce biotope très particulier développent et hyperproduisent des activités enzymatiques aux propriétés catalytiques uniques pour la biodégradation des lignocelluloses. Ce projet s’inscrit donc dans la mise en place d’un partenariat durable avec la Guyane. Ce département rend la France un des états les plus riches en biodiversité naturelle grâce à ses forêts tropicales et, à l’heure actuelle, seulement 3% de ses 25 000 espèces fongiques potentiellement présentes sont décrites.

Les forêts tropicales sont considérées comme le premier réservoir mondial de diversité biologique. Elles s’étendent sur 1700 millions d’hectares, soit plus de 10% des terres émergées et se concentrent principalement sur l’Amazonie, le bassin du Congo et l’Asie du Sud-Est. La surface des forêts tropicales diminue de 1% par an, soit l’équivalent de la couverture forestière de la France métropolitaine. La France est le seul pays industrialisé à posséder un important patrimoine forestier tropical avec les huit millions d’hectares de forêts qu’abritent ses collectivités d’outre-mer. La majeure partie se trouve en Guyane et présente l’intérêt de constituer un bloc continu, globalement dans un bon état de conservation et relativement peu exploré. Depuis 1992 (sommet de Rio de Janeiro), une Convention sur la Diversité Biologique propose des actions urgentes pour conserver et valoriser à long terme les ressources génétiques, les utiliser de façon durable et en partager équitablement les profits.

La production de bioéthanol à partir de biomasse lignocellulosique est l’un des axes majeurs du programme du PNRB et il est clairement indiqué que l’hydrolyse enzymatique de la lignocellulose reste un des points fondamentaux à améliorer car cette étape clé représente entre 30 et 50% du prix de revient de l’éthanol. A cet égard, les champignons filamenteux lignocellulolytiques constituent la première source d’enzymes performantes du monde microbien pour la transformation de la biomasse lignocellulosique en sucres convertibles en bioéthanol. L’ensemble des recherches mondiales sur l’hydrolyse de la cellulose se sont focalisées sur Trichoderma reesei, un champignon tropical isolé dans les années 40 en raison de sa capacité à dégrader la cellulose pure. Ce champignon est depuis devenu un modèle industriel. Les travaux du PNRB dans lesquels certains partenaires sont impliqués (PNRB 2005) sur ce thème portent principalement sur l’amélioration de l’hydrolyse enzymatique de la paille de blé par l’évolution dirigée de cellulases de T. reesei et la recherche de nouvelles cellulases présentes dans des champignons anaérobies de la flore du rumen.

Citons également des travaux effectués dans un autre projet sur la prétraitement de la paille de blé à l’aide d’enzymes issus de deux modèles de basidiomycètes lignolytiques. Le séquençage et l’annotation du génome de T. reesei par le Ministère de l’Énergie américain (DOE) en partenariat avec le Partenaire 1, ont permis de repérer la totalité des enzymes de dégradation des lignocelluloses de ce champignon. L’examen de son génome ( 10,000 gènes) et du génome de plus d’une dizaine d’autres champignons montre des variations considérables entre organismes. De façon inattendue, le génome de T. reesei présente des lacunes importantes, susceptibles d’être complémentées par l’addition de gènes provenant d’autres champignons dans le cadre de ce projet : i) cet organisme est complètement dépourvu d’enzymes de dégradation des lignines ; ii) ses glycoenzymes représentent 2.8 % de ses gènes, loin des 4 % trouvés chez d’autres champignons; iii) ce champignon possède également un nombre de gènes codant pour les enzymes cellulolytiques et hémicellulolytiques parmi les plus faibles à la fois en diversité et en nombre absolu. En somme, la signature génomique de T. reesei ne permettrait pas de prédire pourquoi il a été retenu comme champignon de choix pour la conversion de la biomasse végétale.

En vérité, la force réelle de ce champignon réside dans sa capacité unique à sécréter abondamment ses enzymes. Les meilleures productions citées ont été obtenues avec la souche mutante industrielle T. reesei CL847 qui permet d’atteindre des concentrations de protéines sécrétées de l’ordre de 50 g.l-1.

Thème de recherche

Le projet se propose d’explorer des voies d’amélioration de la transformation de la biomasse végétale en sucres fermentescibles par des voies différentes de celles étudiées jusqu’à présent, notamment dans le cadre des projets soutenus par le DOE. Ces différentes démarches concourent à faciliter la libération de sucres fermentables par les levures, point crucial pour amener le coût de l’éthanol à un niveau suffisamment bas pour envisager son développement. Il vise en particulier à améliorer l’efficacité de saccharification de différents sources de biomasse d’intérêt stratégique européen par complémentation du secrétome de T. reesei CL847, une souche industrielle ayant déjà de très bonnes performances au niveau de la production d’enzymes.

L’approche envisagée dans ce projet est véritablement exploratoire car aucun a priori sur les activités enzymatiques susceptibles d’améliorer les performances du sécrétome n’est imposé du point de vue expérimental. L’approche expérimentale pourra non seulement identifier des composants capables de palier aux limitations déjà révélées par l’analyse du génome de T. reesei, mais elle sera également parfaitement capable d’identifier des protéines encore inconnues biochimiquement à ce jour.
Cette complémentation se fera de façon verticale intégrant un nombre d’approches novatrices :

  1. Exploration de la biodiversité naturelle chez les champignons lignocellulolytiques au sein des plateformes Amazonie Guyafor et du Centre International de Ressources Microbiennes (CIRM) dédiée aux champignons filamenteux de dégradation du bois.
  2. Exploration de la biodiversité computationnelle des champignons dont le génome a été séquencé
  3. Mise en place de microtests robotisés en présence de substrats naturels ligno-cellulosiques (paille de blé et bois tendres) pour la sélection à haut débit d’activité enzymatiques améliorant les performances de T. reesei en saccharification
  4. Modelage du génome de souches industrielles de T. reesei
  5. Validation et optimisation des cultures en contexte industriel

DiaryTous les événements

News items Toutes les brèves