Développement de consortia bactériens synthétiques via des outils de microfluidiques

• Directeurs de thèse : Guillermina Hernandez-Raquet (INRAE, TBI), Claire Hoede (UR0875, INRAE, MIAT)
• Début de thèse : 4 Décembre 2023
• École doctorale : SEVAB
• Établissement : Université de Toulouse III Paul Sabatier
• Financement : Projet ECO-DROP 3BCar – INRAE/INSA, Projet COLLIMATOR (PEPR B-BEST ANR),

Résumé : La présence de souches microbiennes uniques capables de réaliser un processus de bioconversion particulier dans l’environnement est un événement plutôt rare: des consortia microbiens complexes réalisent la plupart des transformations environnementales. Cependant, la plupart des processus biotechnologiques reposent encore sur l’utilisation de culture pure souches microbiennes. Afin d’étendre l’utilisation des consortia microbiens, ce projet de thèse ambitionne d’étudier de nouvelles approches de construction de consortia simplifiés capables d’effectuer efficacement des tâches complexes, au lieu d’utiliser des monocultures, et de développer de nouvelles usines cellulaires. D’autre part, la lignocellulose, principal composant des parois cellulaires végétale peut s’avérer être une source majeure de carbone renouvelable pour la production de diverses molécules traditionnellement dérivées de composés fossiles. Cependant la dégradation naturelle de la lignocellulose semble être un procédé complexe nécessitant l’implication d’un certain nombre de micro-organismes. L’étude de ces assemblages et la définition de consortia simplifiés capables d’activité lignocellulolytique doit être approfondie afin de permettre leur utilisation dans des procédés biotechnologiques de bioconversion. Le projet de thèse combinera les approches actuelles “top-down” et “bottom-up” pour la construction de consortia microbiens en utilisant les progrès récents de la technologie microfluidique. Celle-ci nous permettra d’encapsuler des cellules uniques ou des consortia minimaux issus de cultures anaérobies complexes dans des microgouttes afin d’étudier leurs activités. Les performances fonctionnelles de ces organismes encapsulés seront révélées en utilisant les derniers progrès en matière de conception et de synthèse de polymères fluorescents, combinés à la capacité de tri à très haut débit de gouttelettes activé par fluorescence. L’objectif sera de déterminer et d’optimiser les conditions de criblage en gouttelettes microfluidiques des activités lignocellulolytiques des consortia microbiens afin d’étudier les complémentarités et les interactions existantes entre les populations microbiennes. Cette plateforme de criblage pourra par ailleurs être utilisée pour construire des consortia simplifies et focntionnellement définis pour leur étude en bioréacteur. En parallèle, le projet se basera sur l’analyse de fonctions potentielles in silico à partir d’information génomiques des consortia mobilisés. Celles-ci permettront de définir les organismes responsables de la production d’enzymes participant au processus lignocellulolytique ou encore d’identifier des organismes aux capacités métaboliques d’intérêt pour la construction d’assemblages microbiens par l’approche “bottom-up”.