Axe 2 : Physiologie et Métabolisme Microbiens

 

Métabolisme microbien et biotechnologies

« Le microorganisme : De sa connaissance et maitrise fonctionnelles à son exploitation en tant qu’usine cellulaire » décrit de façon globale la stratégie scientifique de l’axe de recherche « Physiologie et Métabolisme microbiens » du LISBP. Initié en 2004 et regroupant 4 équipes, cet axe s’inscrit dans l’ère de la post-génomique et propose une démarche partant du génome des organismes procaryotes et eucaryotes et se focalisant sur la transcriptomique et la métabolomique jusqu’aux applications en biotechnologie industrielle. Avec pour dénominateur commun l’étude du métabolisme microbien, la stratégie scientifique de l’axe s’intéresse globalement à la compréhension des micro-organismes et à l’amélioration de leurs performances par différentes approches allant du pur moléculaire à l’optimisation de souches.

Au sein du LISBP, qui est le premier centre français en matière de biotechnologie, l’expertise mondialement reconnue de l’axe repose sur la capacité à comprendre et optimiser les systèmes microbiologiques.

Plusieurs équipes d'accueil doctoral sont associées à cet axe :

 

Du génome au fermenteur

Pour étudier les modèles microbiens, les équipes de l’axe 2 déploient des approches globales post-génomique incluant la transcriptomique, la protéomique, la métabolomique et la fluxomique grâce à la présente locale de plateformes technologiques de niveau mondial. Ceci inclut l’utilisation d’outils fins de biologie et de génétique moléculaire, en prenant soin de réaliser les expériences en conditions maitrisées grâce à des outils de fermentation performants et proches de celles rencontrées dans les situations industrielles. L’axe effectue ses recherches sur quatre modèles microbiens qui sont les procaryotes E.coli, Clostridium acetobutylicum, lactococcus lactis et l’eucaroyte S. cerevisae. Pour des raisons plus applicatives, d’autres systèmes microbiens entrent aussi dans le champs d’études comme la bactérie Streptomyces pneumoniae ou le champignon filamenteux Penicillium funiculosum.

Inscrit dans une approche systémique, basée sur la compréhension des mécanismes biologiques, l’étude du comportement microbien et de la surproduction des métabolites, les travaux des équipes portent sur: - les interactions entre micro-organisme au sein de populations, - la topologie et la fonctionnalité des réseaux métaboliques, - la quantification des flux métaboliques par analyse isotopique, - la modélisation mécanistique d’enzymes et des métabolites intracellulaires, - les études de relation structure-fonction des enzymes, - la régulation génétique basées sur des outils de transcriptomic, d’interactomique moléculaire, - l’évolution moléculaire des micro-organismes, - l’ingénierie métabolique.

 

Applications autour des biotechnologies blanches, de la chimie, de la pharmacie, de l’agro-alimentaire

A partir des connaissances génériques en microbiologie intégrative, les travaux de l’axe s’orientent autour de l’exploitation des micro-organismes pour la production de petites molécules utilisées dans des applications industrielles.

Dans un contexte de développement durable, ces applications se basent sur l’utilisation des outils microbiens en bioproduction et concernent les secteurs de la chimie, de l’agro-alimentaire et de la pharmacie. Biotechnologies blanches et valorisation des agroressources et de la biomasse sont deux des axes forts visant notamment à la substitution des procédés chimiques par les biotechnologies.

  

Un grand projet autour du métabolisme microbien

Inter-axes et inter-équipes au sein de l’axe 2, un programme fédératif dédié à l’étude du métabolisme d’E. coli, L. lactis et de la levure S. cerevisiae s’intéresse (i) aux modifications précises d’expression des gènes, (ii) à l’analyse des conséquences sur le flux de carbone du métabolisme, (iii) aux effets sur les profils d’expression de l’ensemble du génome et aboutissant (iv) à la mise en place prochaine d’une activité de modélisation in silico.

Un projet européen COST du 7eme PCRD appelé BIOFLAVOUR, coordonné par le LISBP (équipe EAD5) qui comprend plus d’une vingtaine de laboratoires académiques européens et les principaux industriels de ce secteur (DSM, Lesaffre, Firmenich, Lallemand,…) a comme objectif de mettre en place une approche de Biologie Intégrative pour la compréhension et la maîtrise du métabolisme des arômes chez la levure en vue de développer des nouveaux procédés de production ou d’implémenter ex nihilo de nouvelles voies de production d’arômes par voie microbienne, dans un contexte d’éco-compatibilité et de développement durable.