Soutenance de thèse de Na CUI (Chaire de Biotechnologie - Laboratoire de Génie des Procédés et Matériaux)

La soutenance se déroulera mardi 21 juillet à 14h au Centre Européen de Biotechnologie et Bioéconomie (CEBB) à Pomacle et par vidéoconférence.
Les travaux seront présentés en anglais.

Composition du jury :

• Benoît FIORINA, Professeur des Universités, CentraleSupélec (Directeur de thèse)
• Patrick PERRÉ, Professeur des Universités, CentraleSupélec (Co-directeur)
• Victor POZZOBON, Ingénieur de recherche, CentraleSupélec (Co-encadrant)
• Frank DELVIGNE, Professeur des Universités, Université de Liège (Rapporteur)
• Carole CAMARASA, Directrice de Recherche, INRAE Montpelier (Rapporteur)
• Xiaoli SUN, Professeur des Universités, Heilongjiang Bayi Agricultural University (Examinatrice)
• Tiphaine CLEMENT, Chef de projet, Toulouse white biotechnology (Examinatrice)
• Laurent KURAS, Chargé de recherche, I2BC, CEA/CNRS/UPSaclay (Examinateur)

Mots clés : Saccharomyces cerevisiae, Pression, Stress oxydant, Antioxydant, Glutathion

Résumé :
Les domaines d'application de la levure sont vastes, allant de la nourriture, de la brasserie à l'énergie verte. La levure Saccharomyces cerevisiae est l'espèce dominante à l’échelle mondiale. En outre, S. cerevisiae est également un organisme modèle important dans la recherche sur la biologie cellulaire moderne et est l'un des micro-organismes eucaryotes les plus étudiés.
Ce travail se concentre sur le comportement des cultures de levures exposées à la pression induite par le CO₂ et l'O₂. La pression maximale étudiée est de 9 bar (A) car la pression la plus élevée pouvant être atteinte dans les bioréacteurs à l'échelle industrielle est de 8 bar (A). Afin d'exposer la culture de levure à des conditions de pression, de nouveaux bioréacteurs ont été construits et caractérisés. Deux expériences sont conçues : des expériences pour étudier la croissance des levures et des metabolites sous pression, ainsi que les expériences de biologie moléculaire pour mieux comprendre le comportement des cellules de levures sous différentes pressions d'O₂.
La première expérience a permis de mieux comprendre l'influence des pressions de CO₂ et O₂ sur le comportement de culture de S. cerevisiae. En ce qui concerne l’impact du CO₂, l'étude a montré que la culture de levure a des comportements constants sous différentes pressions. Alors qu'en termes de pression O₂, sous 2 à 5 bars (A) de pression atmosphérique, les cellules de levure présentent des taux de croissance plus élevés par rapport à la pression atmosphérique. De plus, le glutathione moléculaire antioxydant a maintenu un équilibre redox. En dessous de 6 à 9 bar (A), la croissance cellulaire est inhibée et 9 bars (A) entraînent une accumulation excessive de glutathion oxydé.
D'un autre côté, l'expérience moléculaire a permis de mieux comprendre le comportement de la culture sous les pressions d'O₂. L'étude de plusieurs gènes induits par le stress oxydatif a mis en évidence les effets cellulaires du stress oxydatif et la réponse des mécanismes moléculaires dans les cellules de levure. Il a été démontré que plusieurs gènes induits par le stress oxydatif étaient régulés à la hausse : le gène du facteur de transcription Msn2/4 et Yap 1, les gènes du métabolisme du glutathion GSH2 et GLR, ainsi qu'un gene de synthèse de la superoxyde dismutase SOD2.

Keywords: Saccharomyces cerevisiae, Pressure, Oxidative stress, Antioxidant, Glutathione

Abstract:
Yeast fields of application are extensive, ranging from food, brewing to green energy.
The yeast Saccharomyces cerevisiae is the worldwide dominating species. In addition,
S. cerevisiae is also an important model organism in modern cell biology research and is one of the most thoroughly studied eukaryotic microorganisms.
This work focuses on the behaviour of yeast culture exposing to pressure induced by CO2 and O2. The pressure is set up to 9 bar (A) due to the highest pressure can be reached in industrial scale bioreactors is 8 bar (A). In order to expose yeast culture to pressure conditions, new bioreactors were built and characterised. Two experiments are designed: an experiment to investigate the yeast growth and the metabolites under pressure, as well as the molecular biology experiments to better understand yeast cells behaviour under various O₂ pressure.
The first experiment has offered a better understanding of the influence of CO₂ and O₂ pressures on S. cerevisiae culture behaviour. Regarding the impact of CO₂, the study has shown that the yeast culture has consistent behaviours under different pressures. While, in terms of O₂ pressure, under 2 to 5 bar (A) air pressure, yeast cells show higher growth rates compared with atmospheric pressure. Furthermore, the antioxidant molecular glutathione kept a redox balance. Under 6 to 9 bar (A), the cells growth is inhibited and 9 bar (A) leads to the excessive oxidised glutathione accumulation.
On the other hand, the molecular experiment has derived further insights on the culture behaviour under O2 pressures.
The investigation of several oxidative stress-induced genes has highlighted the cellular effects of oxidative stress induced by oxygen pressure and molecular mechanisms of oxidative stress response in yeast cell. It was shown that several oxidative stress-induced genes were upregulated: transcription factor gene Msn2/4 and Yap 1, glutathione metabolism genes GSH2 and GLR, as well as a superoxide dismutase synthesis gene SOD2.