ReCyFuel — Régulations de la photosynthèse et production de biofuels par les cyanobactéries

En réponse au réchauffement climatique et aux limitations en ressources fossiles, un des plus grands défis de nos sociétés est de concevoir de nouvelles méthodes pour générer des énergies renouvelables, durables et propres. Récemment, l'utilisation des cyanobactéries comme plateformes technologiques de production de biofuels s'est développée de manière significative. On peut cultiver les cyanobactéries dans des conditions impropres à l'agriculture grâce à leur adaptabilité et leur résistance à des environnements variables et extrêmes. On peut aussi leur appliquer facilement les méthodes de la bioingénierie et les efforts de recherche se concentrent sur la modification des voies métaboliques pour diriger l'énergie de la photosynthèse vers la synthèse de molécules clés. Cependant, ces modifications ont un impact sur d'autres voies métaboliques essentielles comme en particulier l'assimilation du CO2 par la photosynthèse. Inversement, modifier la photosynthèse change le rendement de production des biofuels. Comprendre ces réponses de rétroaction sera essentiel pour la conception de nouvelles souches produisant des biofuels avec des rendements élevés. Le but de notre projet est de comprendre et de modifier des mécanismes photosynthétiques de photoprotection et de régulation des cyanobactéries favorisant la production de biofuels. Nous étudierons d'une part l'impact sur la photosynthèse de modifications de voies métaboliques chez 4 souches produisant des biofuels et d'autre part l'influence sur la production de biofuels de changements de photoprotection et de taux de photosynthèse. Modifier et contrôler le mécanisme NPQ (Non-Photochemical Quenching) constitue une cible-clé pour améliorer l'efficacité de souches cyanobactériennes. Ce mécanisme, en même temps qu'il protège les cellules contre les dommages causés par la lumière, implique une baisse de l'énergie d'excitation utile et peut donc diminuer la conversion d'énergie solaire en biofuels. Nous allons modifier le mécanisme NPQ pour que les cellules adaptent rapidement leur réponse dans les conditions très variables de croissance présentes dans les bioréacteurs. A cet effet, les éléments essentiels du mécanisme NPQ, l' "Orange Carotenoid Protein" et la " Fluorescence Recovery Protein", seront modifiés. La seconde approche consistera à modifier l'appareil photosynthétique des cyanobactéries au niveau de la régulation du transport cyclique d'électrons et des mécanismes de transitions d'états, en lien avec la caractérisation approfondie de ces mécanismes. De nouveaux points de régulation seront découverts dont il faudra déterminer s'ils ont ou non un impact sur la production de biofuels spécifiques. La compréhension de différentes régulations et leurs effets sur la synthèse de biofuels conduira à développer des souches cyanobactériennes à partir de nouvelles approches qui diminuent le gaspillage d'énergie et augmentent la production de biofuels. Ce projet aura donc un impact sociétal et socio-économique par sa participation à l'amélioration des cyanobactéries productrices de biofuels, ce qui pourra conduire à breveter certaines souches modifiées dans leur photoprotection. Le succès du projet BioCyFuel requiert la combinaison des expertises des 2 partenaires français et leur collaboration avec 2 laboratoires étrangers qui fourniront les souches productrices de biofuels. Le partenaire 1 a découvert et caractérisé le mécanisme NPQ des cyanobactéries et possède une expertise de longue date en biologie moléculaire des cyanobactéries. Le partenaire 2 est un expert reconnu internationalement en particulier dans les transitions d'états chez les algues et le transport cyclique d'électrons. Les laboratoires étrangers, dirigés par le Dr Jianping YU (Etats-Unis) et le Dr Pia Lindberg (Suède), deux experts en production de biofuels, ont construit les souches de cyanobactéries et mesureront la production de biofuels par les mutants créés dans ce projet.