Comprendre et contrôler les systèmes biologiques

Cet axe de recherche permettra de dépasser nos connaissances actuelles des systèmes biologiques, souvent purement descriptives, pour se donner la capacité de prédire de manière assez sûre les propriétés des biocatalyseurs conçus pour être utilisés dans des installations industrielles.

Au cours des vingt dernières années, des efforts réels ont été déployés pour décrire les systèmes biologiques comme une somme de modules de base portant des fonctions simples. Lorsqu’ils sont assemblés, ces modules peuvent effectuer une série de fonctions, dans une approche « bottom-up » typique. De nouvelles propriétés biologiques peuvent donc être construites soit en manipulant les propriétés de ces modules individuels, soit en combinant de nouveaux ensembles. L’ingénierie biologique, également appelée biologie synthétique, a massivement illustré, à l’échelle du laboratoire, la capacité très intéressante des biocatalyseurs (macromolécules ou organismes) à porter de nouvelles fonctionnalités.

Malheureusement, la plupart des travaux réalisés dans ces conditions décrivent des méthodes extrêmement sophistiquées pour contrôler les propriétés de ces systèmes biologiques, mais généralement non utilisables dans un contexte industriel. Ceci est particulièrement vrai au niveau de la rapidité et fiabilité des cycles DBTL (Design Build Test Learn), la robustesse des biocatalyseurs (enzymes ou micro-organismes) dans un bioréacteur et la capacité de contrôler ces biocatalyseurs en temps réel. Il est donc encore nécessaire de surmonter les barrières scientifiques et technologiques pour concevoir de manière sécurisée des applications biotechnologiques robustes et efficaces. Deux axes de recherche principaux ont été identifiés, la distinction étant faite entre biocatalyseurs moléculaires (systèmes biocatalytiques utilisant des systèmes macromoléculaires naturels et/ou reconstruits) et cellulaires (usines cellulaires, microbiennes naturelles ou synthétiques).

Cet axe de recherche est composé de quatre projets ciblés et sera complété des projets lauréats de l’appel à projet du programme :

Projets ciblés :

• Nanomachines : construction de nanomachines macromoléculaires composées de biocatalyseurs naturels ou synthétiques (enzymes).
• Tbox4BioProd : boîte à outils d'allocation optimisée des ressources portables entre différentes espèces microbiennes.
• Collimator : contrôle métabolique dans les bioréacteurs fonctionnant soit avec des espèces pures, soit avec des consortiums microbiens pour stabiliser et optimiser la production.
• AlgAdvance : domestication des microalgues en tant que ressource renouvelable de biocarburant.

Projets lauréats de l'appel à projets 2024 :

• BioFUMAC : nouvelle voie vers l’acide acrylique biosourcé grâce à une production fongique robuste d’acide fumarique et l’ingénierie d’une nouvelle décarboxylase.
• COPE : optimisation du châssis par ingénierie de l'allocation du protéome pour diverses applications de bio-production.
• Flavolases : détourner la machinerie de sécrétion de type IX des Flavobacteria pour une activité cellulolytique performante.
• PRODIGES : stratégies d'ingénieries génétiques pilotées par les procédés.
• PuLCO : approche multidisciplinaire sur des métalloenzymes à cuivre pour améliorer l'utilisation des polysaccharides récalcitrants.