Article

1 - MICROALGUES : LES DIAMANTS BRUTS DES BIOTECHNOLOGIES

2 - INGÉNIERIE GÉNÉTIQUE DES MICROALGUES

  • 2.1 - Intérêt à modifier le patrimoine génétique
  • 2.2 - Génétique classique versus génétique inverse

3 - INGÉNIERIE MÉTABOLIQUE

4 - ÉDITION DES GÉNOMES : UNE RÉVOLUTION POUR LES BIOTECHNOLOGIES

  • 4.1 - Preuve de concept de l’ingénierie génétique ciblée
  • 4.2 - Ciseaux moléculaires au service de l’ingénierie métabolique
  • 4.3 - Modification génétique multiple sans introduction d’ADN dans le génome

5 - ÉDITION DES GÉNOMES ET LÉGISLATION

  • 5.1 - Législation européenne
  • 5.2 - Statut des microalgues
  • 5.3 - Législation des organismes édités via les ciseaux moléculaires

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : RE276 v1

Modification du génome de microalgues pour la production de molécules d’intérêt

Auteur(s) : Gilles DEFREL, Fayza DABOUSSI

Date de publication : 10 juin 2019

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Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

L’ingénierie métabolique est un levier incontournable pour améliorer la capacité de production des microalgues et les rendre économiquement compétitives. Elle requiert des outils d’ingénierie des génomes qui ont connu un développement tardif comparé aux châssis industriels conventionnels (levures, bactéries). Cet article décrit les avancées récentes dans les domaines de l'ingénierie génétique et l’édition du génome des microalgues, qui ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la biologie de ces organismes fascinants ainsi qu'à la manipulation de leur métabolisme pour des applications biotechnologiques.

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ABSTRACT

Microalgae genome modification for the production of molecules of interest

Metabolic engineering is a key discipline to improving microalgae productivity and cost-effectiveness. It requires genome engineering tools whose development was delayed in comparison to conventional industrial hosts (yeasts, bacteria). This article describes recent advances in microalgae genome engineering and genome editing, which pave the way to a better biological understanding of these fascinating organisms as well as a remarkable capacity to rewire metabolism for industrial purposes.

Auteur(s)

  • Gilles DEFREL : Doctorant INSA Laboratoire d’ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (LISBP), Toulouse, France

  • Fayza DABOUSSI : Directrice de recherches INRA Laboratoire d’ingénierie des systèmes biologiques et des procédés (LISBP), Toulouse, France

INTRODUCTION

Les microalgues représentent le premier poumon de notre planète, capables de produire à elles seules les deux tiers de l’oxygène atmosphérique. Le second poumon, composé des forêts terrestres, produit le tiers restant. Premier maillon de la chaîne alimentaire des milieux aquatiques et impliquées dans les cycles biogéochimiques, les microalgues jouent un rôle fondamental dans la biosphère. Nous traiterons dans cet article des microalgues que nous désignons comme des micro-organismes eucaryotes photosynthétiques unicellulaires ou pluricellulaires indifférenciés, en excluant les cyanobactéries qui sont des organismes procaryotes photosynthétiques.

Les microalgues constituent un groupe très diversifié tant par leur évolution (endosymbiose primaire et/ou secondaire), leur mode trophique (autotrophe et mixotrophe) que par leur métabolisme. Ce sont de véritables usines cellulaires capables de produire des molécules complexes telles que des lipides, des protéines, des polysaccharides, des vitamines et des pigments via la photosynthèse, une réaction d’oxydoréduction catalysée par l’énergie lumineuse permettant de convertir le dioxyde de carbone en sucres simples et en oxygène. Malgré ces propriétés physiologiques et métaboliques exceptionnelles, les microalgues restent peu exploitées par l’industrie, en raison de verrous technologiques qui empêchent leur utilisation fiable, performante et compétitive. Augmenter leur productivité constitue donc un challenge de premier ordre. Alors que les ingénieurs en procédés optimisent les conditions de culture en vue d’augmenter la production d’un composé spécifique, les généticiens proposent de modifier leur patrimoine génétique pour permettre la production de composés naturels et/ou artificiels. L’ingénierie génétique apparaît comme une composante incontournable de la biotechnologie industrielle. Bien qu’ayant connu un développement tardif comparé aux châssis industriels conventionnels (levures, bactéries), l’effort investi pour développer des outils et méthodes d’ingénierie chez les microalgues les amène désormais à rivaliser avec ces derniers.

Nous décrivons dans cet article l’évolution de l’ingénierie génétique des microalgues depuis 1988 et son utilisation pour modifier tant quantitativement que qualitativement le contenu en composés naturels (lipides, caroténoïdes). Nous soulignerons aussi leur capacité à produire des molécules à forte valeur ajoutée (vaccins, hormones, terpènes, etc.).

Points clés

Domaine : Ingénierie génétique des microalgues

Degré de diffusion de la technologie : Croissance

Technologies impliquées : Surexpression, extinction de gènes, édition de génome

Domaines d’application : Pharmaceutique, cosmétique, alimentation, énergie, chimie verte

Principaux acteurs français :

CEA Cadarache, Institute of Physo-chemical Biology (IBPC), Laboratoire d’Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés (LISBP), Alganelle, Ifremer, Commissariat à l’énergie atomique (CEA, Grenoble Cadarache), École normale supérieure (ENS)

Autres acteurs dans le monde : Synthetic Genomics, Solazyme, Algenuity, Sapphire Energy

Contact : [email protected]

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KEYWORDS

Metabolic engineering   |   microalgae   |   genome engineering   |   cell factories   |   legislation

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re276


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KERLERO DE ROSBO, BERNARD -   Évaluation du gisement potentiel de ressources algales pour l’énergie et la chimie en France à l’horizon 2030.  -  ADEME, juil. 2014.

  • (2) - KOLLER (M.), MUHR (A.), BRAUNEGG (G.) -    Microalgae as versatile cellular factories for valued products.  -  Algal Research, vol. 6, p. 52‑63, oct. 2014.

  • (3) - SAINI (R.K.), KEUM (Y.-S.) -   Microbial platforms to produce commercially vital carotenoids at industrial scale : an updated review of critical issues.  -  J. Ind. Microbiol. Biotechnol., nov. 2018.

  • (4) - VIERA (I.), PÉREZ-GÁLVEZ (A.), ROCA (M.) -   Bioaccessibility of marine carotenoids.  -  Mar Drugs, vol. 16, n° 10, oct. 2018.

  • (5) - GANGL (D.) et al -   Biotechnological exploitation of microalgae.  -  J. Exp. Bot., vol. 66, n° 22, p. 6975‑6990, déc. 2015.

  • ...

1 Sites Internet

Déinove, « Marché des caroténoïdes », 2015 : http://www.deinove.com/fr/profil/strategie-et-marches/marche-carotenoides

« Prix du baril – Le cours officiel du pétrole », décembre 2018 : https://prixdubaril.com

Connaissances des énergies, « Biocarburant », octobre 2013 : https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/biocarburant

IFPEN « Quel avenir pour les biocarburants ? », 2018 : http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/Espace-Decouverte/Les-grands-debats/Quel-avenir-pour-les-biocarburants

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2 Réglementation

Directive 2001/18/CE du Parlement européen et du Conseil du 12 mars 2001 relative à la dissémination volontaire d’organismes génétiquement modifiés dans l’environnement et abrogeant la directive 90/220/CEE du Conseil.

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