Metabolic modeling under non-balanced growth. Application to microalgae for biofuels production

Caroline Baroukh 1, 2
2 BIOCORE - Biological control of artificial ecosystems
LOV - Laboratoire d'océanographie de Villefranche, CRISAM - Inria Sophia Antipolis - Méditerranée , INRA - Institut National de la Recherche Agronomique
Résumé : La modélisation métabolique est un outil performant pour mieux comprendre, prédire et optimiser les procédés biologiques, particulièrement lorsqu’ils impliquent des molécules d’intérêt. Malheureusement, l’utilisation de ce type de modélisation pour des métabolismes dynamiques est difficile à cause du manque de données expérimentales nécessaires pour définir et calibrer les cinétiques des réactions appartenant aux différents chemins métaboliques. C’est pourquoi, les modèles métaboliques sont souvent utilisés sous l’hypothèse de croissance équilibrée. Cependant, pour certains procédés comme la croissance photoautotrophique des microalgues, l’hypothèse de croissance équilibrée ne semble pas être la plus appropriée à cause de la synchronisation de leur cycle circadien sur la lumière du jour. Dans ces cas-là, il parait nécessaire de développer une nouvelle approche basée sur une compréhension approfondie du métabolisme des microalgues afin d’optimiser les rendements de production de molécules d’intérêts, comme par exemple les lipides pour la production de biocarburants. Dans cette thèse, DRUM, une nouvelle approche de modélisation métabolique dynamique qui prend en compte la croissance non-équilibrée, a été développée. La première étape de l’approche consiste à découper le réseau métabolique en sous-réseaux décrivant des réactions qui sont spatialement et fonctionnellement proches et supposés satisfaire une croissance équilibrée. Les métabolites interconnectant les sous-réseaux peuvent alors avoir un comportement dynamique. Puis, grâce à l’analyse de modes élémentaires, chaque sous-réseau est réduit à des réactions macroscopiques, pour lesquelles des cinétiques simples sont supposées. Au final, ceci permet d’obtenir un système d’équations différentielles ordinaires qui décrit la consommation des substrats, la production de biomasse et de produits excrétés et l’accumulation de certains métabolites intracellulaires. DRUM a été appliquée à l’accumulation des lipides et des carbohydrates de la microalgue Tisochrysis lutea soumise à des cycles jour/nuits en condition d’azote non carencée et carencée. Le model décrit avec succès et précision les données expérimentales. DRUM a également été appliquée à la microalgue Chlorella sorokiniana en croissance hétérotrophique, montrant que la croissance équilibrée est valide dans ce cas-là.
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Thèse
Automatic Control Engineering. Université Montpellier 2, 2014. English
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Contributeur : Jean-Luc Gouzé <>
Soumis le : jeudi 22 janvier 2015 - 22:29:32
Dernière modification le : jeudi 11 janvier 2018 - 16:44:41
Document(s) archivé(s) le : vendredi 11 septembre 2015 - 08:42:01

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Caroline Baroukh. Metabolic modeling under non-balanced growth. Application to microalgae for biofuels production. Automatic Control Engineering. Université Montpellier 2, 2014. English. 〈tel-01108542〉

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