Soutenance de thèse Thibault Malfoy

Soutenance de thèse de doctorat le 4 décembre 2023 à 14h en salle 401.

La thèse s’intitule : “La promiscuité de protéines : facteur clef pour la (ré-)assimilation et la valorisation de la molécule plateforme non naturelle 2,4-dihydroxybutyrate chez Escherichia coli“.

Le jury sera composé de Jean Marie François (Directeur de thèse), Stéphanie Heux (Examinatrice), Marie-Thérèse Giudici-Orticoni (Rapporteure) et Alain Perret (Rapporteur). Vous trouverez ci-après un résumé de ma thèse :

Les molécules plateformes sont des petites molécules faisant l’interface, dans la production de produits de commodité, entre une source de carbone (fossile ou renouvelable) et ces produits. La production de ces molécules en biotechnologie a tendance à devenir une part importante des molécules plateformes en raison de la volonté de développer la bioéconomie circulaire, en utilisant des sources de carbone renouvelable, et en produisant des molécules moins compromettantes pour l’environnement, particulièrement dans le domaine des plastiques. Le 2,4-dihydroxybutyrate (DHB) est un exemple de ce type de molécule plateforme originale, car d’une part, cette molécule n’est pas produite naturellement par les micro-organismes, et d’autre part, elle peut permettre la confection de molécules dans les secteurs de la chimie fine et de commodité (1,3-propanediol et acide hydroxypropionique, et précurseurs pour de nouveaux biopolymères), de la pharmacie (2-butyrolactone, butanetriol) et de la nutrition animale (dérivé de la méthionine). Cependant, sa production doit être industriellement attractive, ce qui a été l’objet de nombreux travaux qui ont été réalisés antérieurement à ma thèse et qui sont encore en cours actuellement.
Étant donné que le DHB est une molécule non naturelle pour son hôte de production Escherichia coli, ce qui signifie qu’à part quelques promiscuités de substrat ayant été envisagées pour la production du DHB ou l’amélioration de souches  productrices, il n’existe pas de description de l’interaction du DHB avec la physiologie d’E. coli. Mon travail de thèse a donc contribué à l’annotation des voies métaboliques permettant l’assimilation du DHB. Par l’ajout d’un racémique de DHB dans le milieu, il a été constaté que le DHB peut être oxydé par trois lactates oxydases d’E. coli, et produire le 2-oxo-4-hydroxybutyrate (OHB), qui s’avère être le précurseur de DHB dans certaines voies conçues pour sa biosynthèse. L’OHB peut ensuite être clivé en formaldéhyde et en pyruvate par plusieurs aldolases pyruvate spécifiques, respectivement dissimilé en formate et pyruvate, lequel peut se voir redirigé vers le métabolisme carboné central des cellules. Ce projet a également permis de mettre en évidence de potentiels importeurs de DHB.
En parallèle, la construction d’un biosenseur d’OHB a été effectuée, et son utilisation dans diverses applications démontrées. Enfin, la possibilité d’utiliser le DHB comme monomère pour la biosynthèse d’un polymère innovant a également été étudiée dans ce travail. Préliminairement à cet aspect, la contrainte pour l’enzyme catalysant la polymérisation d’utiliser l’énantiomère (D) du substrat a nécessité l’identification d’une enzyme catalysant la réduction de l’OHB vers le D-DHB. Bien que d’autres voies d’assimilation du DHB restent encore à être déterminées, et que la synthèse de polymère nécessite encore du travail, tous ces résultats soutiennent le fait que la promiscuité de substrat des protéines (enzymes, facteur de transcription, transporteur) d’E. coli est importante. Elle permet la facilitation de la mise en place de nouvelles voies synthétique de production de molécules. Mais dans le même temps, la production de molécules, et a fortiori non naturelles, requiert une attention particulière pour éviter des interactions indésirables, possiblement délétères ou toxiques pour les cellules, pouvant pénaliser significativement sa « production » par l’usine cellulaire ainsi construite.