Modélisation de la bascule métabolique chez les cellules eucaryotes : application à la production de citrate chez la levure Yarrowia lipolytica

Thèse de doctorat de l’Université Paris-Saclay préparée à l’Ecole Polytechnique

École doctorale n°573 : approches interdisciplinaires, fondements,
applications et innovation (Interfaces)
Spécialité de doctorat : Biologie & Informatique
Thèse présentée et soutenue à Palaiseau, le 18/04/2019, par

Jorgelindo da Veiga Moreira

Composition du Jury :

François Fages
Directeur de Recherche, INRIA Saclay Ile-de-France             Président
Yves Gibon
Directeur de Recherche, INRIA Bordeaux-Aquitaine               Rapporteur
Séraphim Papanikolaou
Professeur associé, Université d’Athènes                               Rapporteur
Tristan Rossignol
Chargé de Recherche, INRA-AgroParisTech                           Examinateur
Rodrigo Ladesma-Amaro
Chargé de Recherche, Imperial College                                  Examinateur
Laurent Schwartz
Docteur, Assistance Publique-Hôpitaux de Paris                     Directeur de thèse
Sabine Peres
Maître de Conférence, Université Paris-Sud                            Co-Directrice de thèse
Mario Jolicoeur
Professeur, Ecole Polytechnique de Montréal                          Invité

 

 

 

 

 

Université Paris-Saclay
Espace Technologique / Immeuble Discovery
Route de l’Orme aux Merisiers RD 128 / 91190 Saint-Aubin, France
Titre : Modélisation de la bascule métabolique chez les cellules eucaryotes : application à la production de citrate chez la levure Yarrowia lipolytica
Mots clés : Métabolisme des cellules eucaryotes, Modélisation, Bascule métabolique, Citrate, Yarrowia lipolytica

Résumé :

L’objectif de ce projet de thèse est d’étudier et caractériser les mécanismes impliqués dans la bascule respiro-fermentaire chez des cellules eucaryotes dotées d’un métabolisme mitochondrial. Les cellules eucaryotes ont des besoins différents en oxygène pour la production d’énergie et leur survie dans un environnement donnée. Elles sont qualifiées de type aérobie stricte lorsque la présence d’oxygène leur est nécessaire ou aéro-anaérobie facultatif dans le cas où l’oxygène n’est pas indispensable à la production d’énergie. La levure Yarrowia lipolytica a été choisie comme modèle d’étude de par sa particularité à être un micro-organisme aérobie strict avec une grande capacité d’accumuler de lipides et de production d’acides organiques. Les études expérimentales et analytiques, par l’emploi de méthodes mathématiques de modélisation du métabolisme, ont permis d’identifier des contraintes métaboliques impliquées dans la transition respiro- fermentaire chez cette levure au métabolisme énergétique oxydatif. La production de l’acide citrique par Y. lipolytica, déjà rapportée dans la littérature, a été choisi comme un marqueur de cette transition respiro-fermentaire. Nous avons découvert que l’inhibition de la protéine oxydase alternative (AOX), impliquée dans la respiration mitochondriale, par la molécule n-propyl gallate (nPG) permet d’améliorer le rendement de production d’acide citrique par fermentation du glucose dans une culture de Y. lipolytica. Ces résultats montrent que la nPG, déjà utilisée dans l’industrie agro-alimentaire et pharmaceutique en tant que conservateur joue sur la bascule respiro-fermentaire par inhibition de la consommation d’oxygène et stimule ainsi la production d’acide citrique. La modélisation du réseau métabolique de Y. lipolytica, décrit à l’échelle du genome, par dynamic Flux Balance Analysis (dFBA) a permis d’identifier l’accumulation des espèces oxydantes dites ROS (Reactive Oxygen Species) comme un levier majeur de la bascule respiro-fermentaire et donc de la production d’acide citrique chez la levure Y. lipolytica. De plus, nos résultats préliminaires montrent que l’oxydation des lipides accumulés par Y. lipolytica pourrait être à l’origine de la génération des ROS. Cette étude doit être approfondie expérimentalement et constitue un apport important pour l’industrie agro-alimentaire et pharmaceutique.

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