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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

Plateforme microfluidique d’optimisation de biocatalyseurs pour des biopiles à combustible

SKHIRI, Yousr (2011) Plateforme microfluidique d’optimisation de biocatalyseurs pour des biopiles à combustible. Thèses de doctorat, Université de Strasbourg.

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Résumé

Pour faire face à la baisse considérable des énergies fossiles et des ressources naturelles, différents types de biopiles à combustible ont été développés et optimisés. Ces systèmes sont capables de convertir l’énergie chimique en énergie électrique à partir de ressources renouvelables grâce à des catalyseurs biologiques. Les deux problèmes majeurs des biopiles sont les faibles puissances qu’elles génèrent et leur courte durée de vie. Afin de résoudre ces problèmes et augmenter les performances des biopiles, la plupart des travaux de recherche se sont principalement axés sur le développement de nouvelles stratégies pour améliorer le transfert d’électrons ainsi que sur l’optimisation des méthodes d’immobilisation des enzymes sur les électrodes. Nous pensons que l’évolution dirigée des biocatalyseurs par des cycles répétitifs de mutagenèse/sélection permettrait d’augmenter leur activité dans ce nouvel environnement que constitue la biopile. Pour la création de la banque de variants, la stratégie choisie est l’introduction de mutations artificielles et aléatoires dans le gène codant pour la protéine d’intérêt. Pour la sélection des enzymes optimisées, nous avons choisi la technique de la compartimentation in vitro (IVC) couplée à la microfluidique, développée au sein de notre laboratoire. Cette méthode permet de créer des gouttes d’eau-dans-huile de taille homogène, de les manipuler à volonté, de détecter la fluorescence de leur contenu et de les trier en se basant sur cette fluorescence afin de récupérer le variant désiré. Mon projet de thèse consiste à créer, par évolution dirigée, des biocatalyseurs spécialement adaptés à fonctionner dans les conditions de fonctionnement de biopile. Pour le compartiment anodique, nous avons choisi de tester et d’optimiser différentes Pyrrolo-Quinone-Quinone-alcool déshydrogénases (PQQ- ADH) réalisant l’oxydation de l’éthanol en acide acétique. Une fois les électrons transférés au compartiment cathodique, une laccase bactérienne extrêmophile se charge de la réduction du dioxygène en eau. Le passage des électrons vers la cathode génère un courant proportionnel aux taux de catalyse au niveau des électrodes. Pour la mesure de l’activité de ces enzymes cathodique et anodique en goutte, deux tests fluorogéniques différents ont été développés. Pour les PQQ-ADH, le test s’est basé sur la réduction d’une molécule fluorogénique (la résazurine) pour produire un fluorophore (la résorufine) une fois que l’éthanol est oxydé en acide acétique par les enzymes. Par la suite, nous avons développé et optimisé deux plateformes microfluidiques de sélection des biocatalyseurs anodique et cathodique. L’une permet de sélectionner les enzymes exprimées in vitro en gouttes et l’autre de sélectionner les enzymes exprimées in vivo en gouttes. Mes travaux de thèse se sont focalisés, essentiellement sur le développement de la plateforme microfluidique de sélection des PQQ-ADH exprimée in vivo et plus précisément sur le contrôle des échanges de composés entre les gouttes, le choix du tensioactif adapté au test, la stratégie de récupération des variants sélectionnés et la validation de sa pertinence avec une sélection modèle utilisant les PQQ-ADH.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Discipline de la thèse / mémoire / rapport :Chimie
Mots-clés libres:plateforme ; biocatalyseurs ; biopile ; évolution dirigée ; microfluidique ; alcool dehydrogenase
Sujets:CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 500 Sciences de la nature et mathématiques > 540 Chimie, minéralogie, cristallographie > 541 Chimie physique et théorique > 541.3 Chimie physique > 541.39 Réactions et synthèses chimiques. Équilibres chimiques. Cinétique des réactions. Catalyse.
Classification Thèses Unistra > Sciences, technologies > Sciences de la nature et mathématiques > 540 Chimie, minéralogie, cristallographie > 541 Chimie physique et théorique > 541.3 Chimie physique > 541.39 Réactions et synthèses chimiques. Équilibres chimiques. Cinétique des réactions. Catalyse.

UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-20 Physique, chimie, matériaux
UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-2 Bio-industries, biotechnologies
Code ID:2439
Déposé le :04 Juin 2012

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