Thèse Caractérisation Biochimique d'Enzymes Ligninolytiques par Méthodes Électrochimiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : EDISS - Interdisciplinaire Sciences-Santé Laboratoire de recherche : ICBMS - Institut de Chimie et Biochimie Moléculaires et Supramoléculaires Direction de la thèse : Marjorie OCHS ORCID 0009000365163871 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-09-30T23:59:59 Les lignines sont des polymères constitutifs de la paroi végétale. Elles sont composées de trois types de sous-unités phénylpropanoïdes (syringyle, guaïacyle et hydroxyphényle), dont la proportion et les liaisons varient selon les espèces végétales et les méthodes d'extraction utilisées. Elles représentent la plus importante source naturelle de composés aromatiques dont certains, tels que l'acide férulique, le guaïacol ou encore la vanilline, sont utilisés en cosmétique et agroalimentaire pour leurs propriétés antioxydantes et antimicrobiennes.
Dans la nature, les bactéries et champignons lignivores et lignocellulolytiques décomposent la lignine grâce à un arsenal d'enzymes dites ligninolytiques, parmi lesquelles on trouve des peroxydases, des peroxygénases non spécifiques, des laccases, ..., toutes agissant en synergie. (Xu et al., 2018). De plus, d'autres enzymes, comme les décarboxylases impliquées dans les voies de conversion du furfural et de l'hydroxyméthylfurfural, sont supposées présenter une activité ligninolytique (Khusnutdinova et al., 2019) .
La conversion biologique de la paroi végétale et des lignines techniques (extraites de la biomasse lignocellulosique) en composés aromatiques d'intérêt représente aujourd'hui un verrou technologique majeur.. En effet, la mesure des activités ligninolytiques est ardue avec des méthodes classiques (spectrophotométrie, LC/MS ou GC/MS), en raison de la complexité structurale des lignines, mais également parce que les milieux réactionnels sont opaques et hétérogènes. Dans un précédent projet, nous avons montré la pertinence des méthodes électrochimiques, particulièrement le développement d'électrodes sérigraphiées sur un substrat biomimétique de la paroi végétale à base de papier pour la mise en évidence de l'activité ligninase d'une catalase-peroxydase bactérienne (Fall et al., 2024). Néanmoins, si ce travail a permis de mettre en évidence la preuve de concept, la composition du substrat biomimétique est simpliste, puisqu'elle n'est constituée que de 2 polymères (cellulose et lignine de type Kraft). Enfin, la réponse obtenue est de type positif/négatif.
Projet
Ce projet de thèse propose de développer une méthode électrochimique de criblage et de caractérisation à moyen voire haut débit d'enzymes ligninolytiques permettant de cibler différents types de substrats (lignines techniques, compositions biomimétiques des parois végétales) et de caractériser les produits de dépolymérisation. La stratégie consiste à développer des méthodes de préparation des substrats par nanoprécipitation de différentes lignines, éventuellement en association avec les polymères composant la paroi végétale (cellulose, xylanes).
Les questions scientifiques du projet sont, d'une part d'évaluer l'impact de la nanostructuration induite par la préparation du substrat sur la structure des lignines et, d'autre part, d'évaluer l'effet du procédé d'extraction des lignines techniques (Kraft, organosolv, alcaline) ainsi que la composition des substrats « biomimétiques » sur la détection de l'activité ligninase. Le criblage sera déployé pour la mise en évidence de nouvelles ligninases au sein de banques d'enzymes et les résultats seront validés par des approches en réacteur. Les lignines sont des polymères constitutifs de la paroi végétale. Elles sont composées de trois types de sous-unités phénylpropanoïdes (syringyle, guaïacyle et hydroxyphényle), dont la proportion et les liaisons varient selon les espèces végétales et les méthodes d'extraction utilisées. Elles représentent la plus importante source naturelle de composés aromatiques dont certains, tels que l'acide férulique, le guaïacol ou encore la vanilline, sont utilisés en cosmétique et agroalimentaire pour leurs propriétés antioxydantes et antimicrobiennes.
Dans la nature, les bactéries et champignons lignivores et lignocellulolytiques décomposent la lignine grâce à un arsenal d'enzymes dites ligninolytiques, parmi lesquelles on trouve des peroxydases, des peroxygénases non spécifiques, des laccases, ..., toutes agissant en synergie. (Xu et al., 2018). De plus, d'autres enzymes, comme les décarboxylases impliquées dans les voies de conversion du furfural et de l'hydroxyméthylfurfural, sont supposées présenter une activité ligninolytique (Khusnutdinova et al., 2019) .
La conversion biologique de la paroi végétale et des lignines techniques (extraites de la biomasse lignocellulosique) en composés aromatiques d'intérêt représente aujourd'hui un verrou technologique majeur.. En effet, la mesure des activités ligninolytiques est ardue avec des méthodes classiques (spectrophotométrie, LC/MS ou GC/MS), en raison de la complexité structurale des lignines, mais également parce que les milieux réactionnels sont opaques et hétérogènes. Dans un précédent projet, nous avons montré la pertinence des méthodes électrochimiques, particulièrement le développement d'électrodes sérigraphiées sur un substrat biomimétique de la paroi végétale à base de papier pour la mise en évidence de l'activité ligninase d'une catalase-peroxydase bactérienne (Fall et al., 2024). Néanmoins, si ce travail a permis de mettre en évidence la preuve de concept, la composition du substrat biomimétique est simpliste, puisqu'elle n'est constituée que de 2 polymères (cellulose et lignine de type Kraft). Enfin, la réponse obtenue est de type positif/négatif. Les objectifs de la thèse sont multiples. Un premier objectif implique le développement technique des dépôts de lignines et de la méthode de criblage sous forme d'électrodes sérigraphiées sur papier.
Un deuxième objectif consiste à complexifier la composition du substrat en introduisant des xylanes, le troisième polymère composant la paroi végétale. Un panel de compositions pourra ainsi être proposé, correspondant à différentes sources de biomasse lignocellulosique. Ces substrats seront caractérisés sur le plan chimique et microscopique grâce aux instruments et plateformes analytiques disponibles dans l'unité (CCSM et CCRMN) et au sein de l'Université Lyon 1 (CTµ).
Un autre objectif consiste à développer des méthodes électrochimiques de détection spécifiques des composés aromatiques d'intérêt (acides caféiques, coumariques, féruliques et dérivés) issus de la dépolymérisation de la lignine. Certains paramètres essentiels, tels que l'identification des produits, la détermination de la limite de détection, de la sensibilité et la sélectivité des électrodes sérigraphiées, seront évalués.
Un dernier objectif consiste à mettre en oeuvre le système de criblage haut débit afin de caractériser les conditions d'activité d'une ou plusieurs enzymes modèles. Ainsi, la sensibilité au pH et l'ajout de médiateurs redox, associées à la caractérisation des différents substrats, permettront de définir une carte d'activité des enzymes. Ces résultats permettront de gagner du temps dans l'étude et la mise en place de réacteurs enzymatiques pour la valorisation de la lignine. Méthodes analytiques (chromatographies, électrochimie, microscopies, RMN et FTIR).
Cinétiques enzymatiques, enzymologie, production de protéines recombinâtes.
Réacteurs.

La candidate, biochimiste de formation, devra avoir de bonnes connaissances en cinétique enzymatique et en techniques analytiques (chromatographie, RMN, FTIR) et un intérêt certain pour l'électrochimie. Une maîtrise des tableurs et des logiciels de traitement de texte est exigée. Un bon niveau d'anglais et de français est également demandé.

• Chromatographie
• Traitement de texte
• Anglais
• Tableur
• Français
• Chimie