Valorisation des microalgues : du potentiel à la diversité des applications par Philippe Jacques |...

Prof. Philippe Jacques, ULg - Microbial Processes and Interactions

Mardi 22 mars

Valorisation des microalgues : du potentiel à la diversité des applications.

Liege Creative, en partenariat avec :

Professeur Philippe Jacques Philippe.Jacques@ulg.ac.be

ALGAE FACTORY

LE POTENTIEL SCIENTIFIQUE DE L’UNIVERSITE DE LIEGE AU SERVICE DU DEVELOPPEMENT

DES MICRO-ALGUES

Philippe Jacques Frank Delvigne Microbial Processes and Interactions Marc Ongena Patrick Fickers Aurore Richel

Chimie Biologique Industrielle

Dominique Toye Génie de la réaction et des réacteurs chimiques

Pierre Cardol Claire Remacle Génétique et physiologie

des microalgues Annick Wilmotte Yannick Lara Centre d’ingénierie des Protéines Moreno Galleni Sébastien Rigali

Jacques Dommes Biologie Moléculaire et

Biotechnologie Végétales

Denis Beaurain Phylogénomique des Eucaryotes

Patrick Meyer Biologie des systèmes

et bioinformatique

Fabrice Franck Thomas Gerards Bioénergétique

Source de micro-algues

Des outils pour le criblage à haut débit de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et de la génétique des micro-algues

Procédés de production

Procédés de purification ou extraction

Caractérisation de leurs propriétés

Source de micro-algues

Des outils pour le criblage à haut débit de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et de la génétique des micro-algues

Procédés de production

Procédés de purification ou extraction

Caractérisation de leurs propriétés

Une certification ISO9001 couvre les activités de service, qui sont actuellement le dépôt public ou de sécurité des souches, ainsi que leur distribution, et un système de Gestion de la Qualité est en place.

Dr Annick Wilmotte (InBios-CIP) est promoteur de la Collection BCCM/ULC de cyanobactéries qui inclut 226 souches actuellement, dont 119 d’origine Antarctique. La collection est basée sur l’expertise de l’équipe pour l’isolement, la culture et l’identification des cyanobactéries, et de nouvelles souches sont constamment intégrées.

Des screening préliminaires ont montré l’existence d’activités antibactériennes et antifongiques (Biondi et al. 2008, Wilmotte com. pers.).

(Mario Tredici & Natascia Biondi, Università di Firenze) (Fiore , CENA, Brazil)

Candida cruzei

(Fiore , CENA, Brazil)

Source de micro-algues

Des outils pour le criblage à haut débit de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et de la génétique des micro-algues

Procédés de production

Procédés de purification ou extraction

Caractérisation de leurs propriétés

Les métabolites secondaires d’origine microbienne

• Les peptides d’origine non-ribosomique et les polycetides

• Les peptides d’origine non-ribosomique:

- synthétisés par de très grandes protéines multi-

fonctionnelles (NonRibosomal Peptide Synthetases ou NRPS)

- plus de 500 monomères

- une grande biodiversité de structure : cyclique, branché…

- une grande biodiversité d’activités biologiques :

antimicrobiens, immunomodulateurs, anticancéreux…

Synthèse de la surfactine

(Sieber and Marahiel, 2005, Chem. Rev., 105, 715-738)

La synthèse peptidique non-ribosomique

0

50

100

150

200

250

300

350

400

no

mb

re d

e p

ub

licat

ion

s

années

Caboche et al., NAR, 2008

NORINE: une banque de données internationale

Recherche de peptides nonribosomiques chez les cyanobactéries et les « protistes »

(Thèse FRIA Loic Meunier Promoteurs Denis Beaurain et Philippe Jacques)

Adl et al. 2012

Maîtrise de la physiologie et la génétique des microalgues

Transfert au niveau du procédé de production

Valorisation, extraction de la molécule d’intérêt

Analyse de l’activité biologique

Les ressources : collection de microorganismes

Utilisation des outils informatiques pour aller rechercher de nouveaux métabolites secondaires

Cytoplasm Sugar

Pyruvate

ATP, NADPH

Chloroplast

NADH ATP

ATP

Mitochondrion

Terminal products

NADH

NADH

O2

O2

Respiration

Glycolysis

Fermentation

PS2

PS1

H2O

e-

CO2 fixation

e-

Krebs Cycle

ATP

Bioenergetics in microalgae (BEAL) Cardol P.

Production de caroténoïdes par les microalgues (Amélie Corato; promoteur: F. Franck/ P. Jacques)

• Sélection de souches de microalgues vertes naturellement productrice de caroténoïdes:

• Sélection du mode de culture et du/des stress susceptibles d’activer la caroténogenèse :

• Les caroténoïdes intéressants sont principalement:

• La lutéine; le β-carotène; la cantaxanthine; l’astaxanthine

- Carence en nutriments - Forte intensité lumineuse - Stress salin

Caroténogenèse

Haematococcus pluvialis Chlorella zofingiensis Coelastrella SAG2123 Ettlia carotinosa

Exploitation de « résidus de biomasse » comme agents de dopage

Contexte Offrir des opportunités de valorisation innovantes pour les déchets/coproduits agricoles et/ou forestiers et/ou municipaux Objectifs Exploiter les molécules contenues dans ces matières premières pour - Doper la croissance de certaines microalgues - Augmenter la productivité de molécules valorisables pouvant

être extraites des microalgues

Thèse de doctorat en cours (collaboration Prof. Claire Remacle) Krystian Miazek

Chimie Biologique Industrielle (Prof. Aurore Richel) a.richel@ulg.ac.be

Source de micro-algues

Des outils pour le criblage à haut débit de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et de la génétique des micro-algues

Procédés de production

Procédés de purification ou extraction

Caractérisation de leurs propriétés

Plateforme de fermentation de 20 mL…

…à 2000 L

20

Réacteur à Biofilm

Bioréacteur à cuve agitée

Photobioréacteur à biomasse fixée

Mise en œuvre en photobioréacteur

Optimisation des performances via un contrôle de - Illumination - Ecoulement du milieu de culture - Circulation des billes Histoire des conditions (concentration, pH, lumière, …) rencontrées par les algues Scale-up du PBR 200 ml 20 litres

Source de micro-algues

Des outils pour le criblage à haut débit de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et de la génétique des micro-algues

Procédés de production

Procédés de purification ou extraction

Caractérisation de leurs propriétés

Centrifugation et filtration pilote

Lyophilisation, atomisation et séchage sur lit fluidisé à l’échelle pilote

Lyophilisation Capacité : 30kg glace/batch

Atomisation Capacité : 25 kg d’eau

évaporée/heure

Lit fluidisé Capacité : 500 g -2 kg

MS/batch

Analyse de l’activité biologique

Les ressources : collection de microorganismes

Utilisation des outils informatiques pour aller rechercher de nouveaux métabolites secondaires

Maîtrise de la physiologie et la génétique des microalgues

Transfert au niveau du procédé de production

Valorisation, extraction de la molécule d’intérêt

Laboratoire de Bioénergétique : Projet First Spin-Off ALGOPAR

• Création d’une société spin-off à l’Université de Liège dévolue à la production et à la commercialisation d’extraits de micro-algues destinés à l’industrie des cosmétiques (Projet First Spin-off 2014).

• Chef de projet: Dr. Thomas Gerards – Promoteur: Prof. Fabrice Franck

- Parfumerie fine: fragrances innovantes

(« boisés », « fougères », « marines »,…) - Skin care: huiles et beurres de micro-algues de

très haute qualité, bioactifs « détox », anti-inflammatoires, anti-oxydants,…

- Protection solaire: nouvelles molécules naturelles à haut pouvoir d’absorption UV

- Sécurité microbiologique: nouveaux conservateurs naturels issus de micro-algues pour la protection des préparations cosmétiques

- Bio-polymères - Procédés propres: Extraction par CO2

supercritique

Nos partenaires:

Sources de financement

• Fonds propres MiPI : 150.000 euros

• Grant ERC Pierre Cardol : 1.844.000 euros

• Fonds Feder : 1.193.000 euros

• Bourse Agriculture Is Life (TERRA) de Krystian Miazek

• Bourse FRIA de Loic Meunier

• Bourse TERRA d’Amélie Corato

• Projet ITN Marie Curie OPTIMALG