Doctorat en RMN en flux pour le suivi des microalgues pour la survie alimentaire dans l’espace

Contexte : Les microalgues sont une source de biomasse riche en divers composés à forte valeur ajoutée tels que des lipides (principalement des triglycérides d’acides gras), des glucides, des vitamines et des protéines, avec des applications industrielles allant de l’alimentation à la santé et à l’énergie. Dans ce contexte, le projet SPACE_ALG, financé par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) et la Région Pays de la Loire, vise à développer le potentiel de la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) pour le suivi en ligne de la qualité biochimique des microalgues. Parmi celles-ci, la spiruline ou Limnospira platensis (LP) est reconnue pour ses propriétés nutritionnelles comme aliment essentiel de survie des astronautes des modules spatiaux en mission longue notamment vers Mars (programme MELISSA de l’ESA). De plus, il sera possible de proposer cette méthode embarquée, qui permettra non seulement de contrôler l’état physiologique de ces systèmes de survie, mais également leur comestibilité.

Les laboratoires CEISAM et GEPEA de l’Université de Nantes collaborent sur SPACE_ALG depuis maintenant plus de 6 ans. Dans le cadre du projet AMER-METAL, ils ont démontré que la RMN pouvait être utilisée pour déterminer précisément l’identité et la quantité de lipides de microalgues [1], directement sur l’ensemble de la biomasse, à l’aide d’instruments magnétiques à haut champ. Des recherches ont également été menées sur les capacités d’instruments RMN compacts à faible champ [2] pour surveiller la production de lipides de microalgues.

Objectifs : L’objectif principal du projet SPACE-ALG est de développer un système miniaturisé basé sur la RMN compacte pour la surveillance en ligne des métabolites riches en nutriments issus de microalgues cultivées dans des photobioréacteurs. L’amélioration des performances analytiques des systèmes RMN compacts est essentielle pour une meilleure analyse simultanée en ligne de plusieurs familles de métabolites : les lipides LP ainsi que les glucides. Dans cette optique, la mission du doctorant sera de caractériser la diversité des métabolites nutritifs produits par LP par RMN haut champ (700 MHz au CEISAM de Nantes), en identifiant les différents sucres et lipides. Dans un premier temps, des extraits de LP seront étudiés, mais aussi des cellules entières in vivo, ce qui représente un véritable challenge. Dans ce contexte, nous mettrons en œuvre des méthodologies avancées pour rendre les signaux plus résolus, sensibles et accélérer leur acquisition, mais également capables de surmonter les inhomogénéités intracellulaires. La haute répétabilité de la RMN en fait un outil de choix pour quantifier les métabolites identifiés dans les mélanges dans les milieux de culture et les cellules. Les appareils compacts 80 MHz (disponibles sur les sites CEISAM et GEPEA de St Nazaire) seront également évalués avec des méthodes avancées dans une deuxième phase pour valider leurs performances dans l’identification et la quantification des lipides et sucres LP, par rapport aux informations obtenues à 700 MHz. Enfin, le couplage avec un photobioréacteur sera mis en place pour suivre en ligne et en temps réel l’accumulation de métabolites de fort intérêt nutritionnel dans les cellules LP en culture.

Les références:

[1] Dylan Bouillaud, thèse de doctorat, 2017-2020, Analyse RMN multi-échelle du métabolisme des microalgues

[2] Castaing-Cordier, T. ; Bouillaud, D. ; Farjon, J. ; Giraudeau, P. Progrès récents dans la spectroscopie RMN de paillasse et ses applications. Dans les rapports annuels sur la spectroscopie RMN ; Presse académique, 2021. https://doi.org/10.1016/bs.arnmr.2021.02.003 .

[3] Bouillaud, D. ; Heredia, V. ; Castaing-Cordier, T. ; Drouin, D. ; Charrier, B. ; Gonçalves, O. ; Farjon, J. ; Giraudeau, P. Spectroscopie RMN en flux de table comme dispositif en ligne pour la surveillance in vivo de l’accumulation de lipides dans les microalgues. Recherche sur les algues 2019, 43, 101624. https://doi.org/10.1016/j.algal.2019.101624 .

[4] Bouillaud, D. ; Drouin, D. ; Charrier, B. ; Jacquemmoz, C. ; Farjon, J. ; Giraudeau, P. ; Gonçalves, O. Utilisation de la spectroscopie RMN de paillasse comme capteur lipidique in vivo non invasif en ligne pour les microalgues cultivées dans des photobioréacteurs. Biochimie des processus 2020, 93, 63-68. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2020.03.016 .

Catégorie de financement : Financement public/privé

Titre du doctorat : Doctorat de Chimie Analytique
PHD Pays : France