Biologie systémique et intégrative pour l`amélioration de l

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En vue de l'obtention du
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Délivré par
L’institut National des Sciences appliquées de Toulouse
Discipline ou spécialité : Ingénieries Microbienne et Enzymatique
JURY
M. LARROCHE C.
Professeur Polytechnique, Clermont-Ferrand
Rapporteur
M. THONART P.
Professeur AgroBiotech, Liège
Rapporteur
M. BOUSSAID A.
Professeur Univ. Cadi Ayyad, Marrakech
Rapporteur
Mme BLONDEAU K.
Maître de conférence Paris-Sud, Orsay
Examinatrice
Mr ALLOUCHE Y.
Ingénieur Airbus, Toulouse
Examinateur
Mme. JOUVE-MOLINA C.
Professeur INSA, Toulouse
Directrice de thèse
M. URIBELARREA J.-L.
Professeur INSA, Toulouse
Directeur de thèse
Ecole doctorale : Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingénieries (SEVAB)
Unité de recherche : Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP)
UMR 5504 CNRS, UMR 792 INRA, INSA 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse cedex
Directeur(s) de Thèse : Pr. Jean-Louis Uribelarrea et Pr. Carole Molina-Jouve
Rapporteurs : Pr. Christian Larroche, Pr. Philippe Thonart, Pr. Abdellatif Boussaid
Présentée et soutenue par Bérangère PORTELLI
Le 8 novembre 2011
Titre :
Biologie systémique et intégrative pour l’amélioration de
l’accumulation et de la sélectivité des acides gras
accumulés dans les espèces levuriennes.

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Nom : PORTELLI Prénom : Bérangère
Titre : Biologie systémique et intégrative pour l’amélioration de l’accumulation et de la
sélectivité des acides gras accumulés dans les espèces levuriennes.
Année : 2011 Lieu : INSA Toulouse
Résumé :
L’accumulation de lipides chez une espèce levurienne Yarrowia lipolytica souche sauvage a
été caractérisée par l’analyse dynamique et systémique des différents états métaboliques
identifiés lors des cultures sous conditions environnementales parfaitement maitrisées, à
hautes densités cellulaires selon deux stratégies bien distinctes. En premier lieu sur substrat
osidique avec le phosphore comme élément inducteur de l’accumulation de lipides, stratégie
originale pour déclencher l’accumulation de lipides chez cette souche. Et deuxièmement sur
co-susbtrats glucose et oléate et sans aucune limitation nutritionnelle.
Ces stratégies de conduites ont permis de dégager les points suivants :
- La limitation phosphore déclenche une accumulation en lipides mais aussi en
polysaccharides de réserves mobilisables mais non transitoire contrairement à la
limitation azote.
- La teneur en phosphore de la biomasse catalytique est très variable. De ce fait, le taux
de croissance de la biomasse catalytique n’est pas contrôlable par le débit en
phosphore.
- Le phosphore joue un rôle dans la régulation de l’entrée de glucose dans la cellule, et
permet d’éviter la production de citrate lorsque les voies de production de biomasse et
de lipides sont en débordement sur une large gamme de rapport C/P (de 0 à 8000
Cmole.mole-1).
- La capacité maximale d’accumulation en réserves carbonées chez Y. lipolytica wT est
identique quelle que soit la méthode d’accumulation (limitation azote, limitation
phosphore, co-substrats glucose / oléate) et est égale à 0,5 Cmole/CmoleX-1. Il existe
donc un phénomène de régulation de la levure encore inconnu et limitant
l’accumulation en réserves carbonées chez cette souche.
Ces résultats ont permis d’identifier des points clés dans l’accumulation en réserves carbonées
de cette espèce levurienne et de proposer un mode de conduite original faisant l’objet d’un
dépôt de brevet.
Mots clés :
Yarrowia lipolytica, polysaccharides, citrate, accumulation lipidique, acylglycérol, acide gras,
fed-batch, limitation phosphore, biocarburants aéronautiques, co-substrats, acide oléique

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Lastname : PORTELLI Firstname : Bérangère
Title: Improvement of accumulation and selectivity of yeast fatty acids with an integrated and
systemic biology approach.
Year : 2011 Place : INSA Toulouse
Abstract :
Lipid accumulation by the yeast Yarrowia lipolytica wT was characterized by dynamic and
systemic analysis of different metabolic states in a microbial culture under fully controlled
environmental conditions with high cell concentration and under two different strategies:
Glucose as the substrate and phosphorus limitation as an inducer of lipid accumulation, an
original strategy for lipid accumulation in Y. lipolytica wT.
A co-substrate strategy with glucose and oleic acid and without any nutritional limitation.
These strategies allowed showing the following points:
- Phosphorus limitation triggers a lipid accumulation and a non-transient accumulation
of reserve polysaccharide that can be consumed by biomass when necessary, contrary
to nitrogen limitation
- Phosphorus rate in catalytic biomass shows great variations. Catalytic growth rate
cannot be governed by phosphorus input.
- Phosphorus has a role in regulating cellular glucose uptake and allows avoiding citric
acid production due to overflow of carbon input over a large range of C/P ratios (0 to
8000 Cmol.mol-1)
- Maximum capacity of reserve carbon accumulation in Y. lipolytica wT is similar for
any culture strategy tested (under nitrogen limitation, phosphorus limitation or with
glucose and oleic acid co-substrates) and is equal to 0,5 Cmol/CmolX-1. There is an
unknown phenomenon of carbon regulation limiting reserve carbon accumulation in Y.
lipolytica wT.
Results allowed identifying key points in reserve carbon accumulation in this particular yeast
strain and suggesting an original process, claim of a patent.
Key words :
Yarrowia lipolytica, polysaccharides, citric acid, lipid accumulation, acylglycerol, fatty acid,
fed-batch, phosphorus limitation, aeronautic biofuel, co-substrates, oleic acid.

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Quand on ne sait pas où l’on va, il faut y aller !!
... et le plus vite possible.
(Proverbe Shadok)

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