FR2959514A1 - Preparing an industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae, comprises selecting strain, integrating an expression cassette/deletion of a cassette and inducing expression of a gene and deleting at least two copies of open reading frame - Google Patents
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Abstract
Description
« Procédé de préparation d'une levure industrielle, levure industrielle et application à la production d'éthanol à partir d'au moins un pentose » "Process for the preparation of industrial yeast, industrial yeast and application to the production of ethanol from at least one pentose"
s La présente invention a trait au domaine des procédés d'obtention de souches de levure productrices d'éthanol, des levures ainsi produites, et de la production industrielle d'éthanol à partir desdites levures. Plus spécialement la présente invention concerne dans son aspect le plus général, un procédé de 10 préparation de levures à partir de souches de Saccharomyces cerevisiae dites industrielles, lesdites levures et leur application à la production industrielle d'éthanol à partir de milieux industriels contenant au moins un pentose. The present invention relates to the field of processes for obtaining ethanol-producing yeast strains, the yeasts thus produced, and the industrial production of ethanol from said yeasts. More particularly, the present invention relates in its most general aspect to a process for the preparation of yeasts from so-called industrial Saccharomyces cerevisiae strains, said yeasts and their application to the industrial production of ethanol from industrial media containing at least a pentose.
15 Le point commun des approches de l'art antérieur du domaine consiste en des procédés visant l'amélioration de souches dites de laboratoire au patrimoine génétique connu et/ou construit et dont les aptitudes à produire de l'éthanol sont étudiées en général dans des milieux et dans des conditions de 20 laboratoire standardisées et optimales. En effet, la littérature scientifique ainsi que les documents brevet analysés par la Demanderesse enseignent, le plus souvent, des procédés d'obtention de souches haploïdes ou diploïdes, faiblement tolérantes aux stress notamment aux fortes 25 concentrations d'éthanol et/ou aux températures élevées et/ou à des inhibiteurs de fermentation. En outre, ces procédés nécessitent pour la plupart d'avoir recours, pour ces souches, à l'utilisation de marqueurs d'auxotrophie et/ou de marqueurs de résistance à des antibiotiques qui peuvent les disqualifier pour 30 une utilisation ultérieure en milieu industriel pour des raisons évidentes de coût voire quelquefois de santé publique. Les propriétés de croissance des souches développées antérieurement sont en général insuffisantes et ces souches n'ont jamais été confrontées aux impératifs de production de biomasse à l'échelle industrielle, à savoir pour n'en citer que trois : fort taux de croissance, aptitude au séchage, stabilité en conservation. Si des performances dites fermentaires (aptitude à la production anaérobie d'éthanol) sont obtenues dans des milieux synthétiques ou définis dits de laboratoire avec ces souches antérieures, elles ne sont pas transposables en général, dans des milieux industriels comportant des mélanges complexes issus par exemple de résidus de traitement de matériaux cellulosiques ou io lignocellulosiques qui renferment des composés toxiques pouvant inhiber à différents niveaux la machinerie cellulaire de la levure, notamment furfural, HMF, dérivés phénoliques, acide acétique. En outre, l'aptitude au « scale up » ou transposition d'échelle de ces procédés antérieurs de production d'éthanol est rarement 15 documentée. La Demanderesse a ainsi constaté qu'il existe encore le besoin d'un procédé de préparation d'une levure dite industrielle qui tienne compte à la fois des contraintes du levurier et dans le même temps de celles d'un utilisateur final dans ses applications 20 notamment en termes de production industrielle d'éthanol à faible coût et haut rendement. C'est justement à la satisfaction de ce double besoin que vise la présente invention. Aussi, la présente invention a pour premier objet un 25 procédé de préparation d'une souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae apte à produire de l'éthanol à partir d'un milieu comportant au moins un pentose et qui comprend les étapes suivantes consistant à (i) Sélectionner et procurer une souche de levure 30 Saccharomyces cerevisiae dite industrielle apte à produire de fortes concentrations d'éthanol, d'au moins 14,5 % (v/v) et de préférence au moins 16% sur un hydrolysat de céréales, en conditions de Saccharification et Fermentation Simultanée (SSF) et à une température de 35 °C, Intégrer au moins une cassette d'expression ou de délétion dans le génome de la levure de l'étape (i), la 5 dite au moins une cassette étant choisie dans le groupe constitué par : a. L'association du type cadre ouvert de lecture (ORF) du gène de Pichia stipitis XRm codant pour l'enzyme xylose réductase mutée utilisant le NADH;H+ comme co-facteur préférentiel en lieu et place du NADPH;H+ / promoteur et terminateur de Saccharomyces cerevisiae, la dite cassette étant flanquée en amont et en aval de régions recombinogéniques permettant son intégration ciblée dans le génome, b. L'association du type cadre ouvert de lecture (ORF) du gène de Pichia stipitis XDH codant pour l'enzyme xylitol déshydrogénase / promoteur et terminateur de Saccharomyces cerevisiae, la dite cassette étant 20 flanquée en amont et en aval de régions recombinogéniques permettant son intégration ciblée dans le génome, c. L'association du type cadre ouvert de lecture (ORF) du gène de Saccharomyces cerevisiae XKS1 codant 25 pour l'enzyme xylulokinase / promoteur et terminateur de Saccharomyces cerevisiae, la dite cassette étant flanquée en amont et en aval de régions recombinogéniques permettant son intégration ciblée dans le génome, 30 (iii) Induire l'expression d'au moins un gène de chaque étape de la partie non oxydative de la voie des pentoses phosphate en le plaçant sous la dépendance d'un i0 15 promoteur d'un gène de la glycolyse fortement exprimé lors d'une fermentation alcoolique, et (iv) Déléter au moins deux copies du cadre ouvert de lecture (ORF) du gène de Saccharomyces cerevisiae GRE3 5 codant pour une aldose déshydrogénase. The common point of the approaches of the prior art of the field consists of processes aimed at improving so-called laboratory strains with known and / or constructed genetic inheritance and whose ethanol production abilities are generally studied in under standardized and optimal laboratory conditions and conditions. Indeed, the scientific literature as well as the patent documents analyzed by the Applicant teach, most often, processes for obtaining haploid or diploid strains, weakly tolerant to stress, especially at high concentrations of ethanol and / or at high temperatures. and / or fermentation inhibitors. In addition, these methods for the most part require, for these strains, the use of auxotrophy markers and / or antibiotic resistance markers which can disqualify them for later use in an industrial setting for obvious reasons of cost and sometimes public health. The growth properties of previously developed strains are generally insufficient and these strains have never been confronted with the requirements of biomass production on an industrial scale, namely to name but three: high growth rate, drying, stability in storage. If so-called fermentative performances (aptitude for the anaerobic production of ethanol) are obtained in synthetic or defined laboratory media with these prior strains, they can not generally be transposed in industrial environments containing complex mixtures, for example from treatment residues of cellulosic or lignocellulosic materials which contain toxic compounds which can inhibit at different levels the cellular machinery of yeast, in particular furfural, HMF, phenolic derivatives, acetic acid. In addition, the ability to "scale up" or scale up these prior ethanol production processes is rarely documented. The Applicant has thus found that there is still the need for a process for the preparation of a so-called industrial yeast which takes into account both the constraints of the yeast and at the same time those of an end user in his applications. especially in terms of industrial production of ethanol at low cost and high yield. It is precisely to the satisfaction of this dual need that the present invention aims. Also, the present invention firstly relates to a process for the preparation of an industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae capable of producing ethanol from a medium comprising at least one pentose and which comprises the following steps: i) Selecting and providing a so-called industrial strain of yeast Saccharomyces cerevisiae capable of producing high concentrations of ethanol, of at least 14.5% (v / v) and preferably at least 16% on a cereal hydrolyzate, under conditions of Saccharification and Simultaneous Fermentation (SSF) and at a temperature of 35 ° C, integrate at least one expression or deletion cassette into the genome of the yeast of step (i), the so-called at least one cassette being selected from the group consisting of: a. The open reading frame (ORF) association of the Pichia stipitis XRm gene encoding the mutated xylose reductase enzyme using NADH, H + as a preferential co-factor in place of NADPH, H + / Saccharomyces promoter and terminator cerevisiae, said cassette being flanked upstream and downstream of recombinogenic regions allowing its targeted integration into the genome, b. The open reading frame (ORF) association of the Pichia stipitis XDH gene encoding the enzyme xylitol dehydrogenase / Saccharomyces cerevisiae promoter and terminator, said cassette being flanked upstream and downstream of recombinogenic regions allowing its integration. targeted in the genome, c. The open frame reading (ORF) association of the Saccharomyces cerevisiae XKS1 gene encoding the xylulokinase / Saccharomyces cerevisiae promoter and terminator enzyme, said cassette being flanked upstream and downstream of recombinogenic regions allowing its targeted integration. in the genome, (iii) inducing the expression of at least one gene from each step of the non-oxidative portion of the pentose phosphate pathway by placing it under the control of a promoter of a gene of the glycolysis strongly expressed during an alcoholic fermentation, and (iv) Deleting at least two copies of the open reading frame (ORF) of the Saccharomyces cerevisiae GRE3 gene encoding an aldose dehydrogenase.
Le procédé selon l'invention présente, en particulier, les avantages suivants : Pour le fabricant de levure, il permet : io la construction d'une souche de levure Saccharomyces cerevisiae aneu/polyploïde, prototrophe afin de permettre la production de biomasse sur des sources simples de carbone, azote, phosphore dans des milieux peu chers tels que les sous-produits de l'industrie sucrière comme la 15 mélasse par exemple, - de disposer d'une souche de levure Saccharomyces cerevisiae présentant un taux de croissance maximum (p max) compris entre 0.37 h-1 et 0.5 h-1 - de disposer d'une souche de levure Saccharomyces 20 cerevisiae qui, lorsqu'elle est produite selon un procédé tel que décrit dans le livre de référence « Yeast Technology » (2ème édition, 1991, G. Reed et T.W. Nagodawithana, publié par Van Nostrand Reinhold , ISBN 0-442-31892-8), permet d'obtenir un rendement de production de biomasse 25 d'au moins 45 g de matières sèches levure pour 100 g d'équivalent saccharose mis en oeuvre, - de disposer d'une souche de levure Saccharomyces cerevisiae résistante au procédé de séchage tel que décrit dans les documents brevets EP 511108 et US 5 741 695, la 30 perte d'activité fermentative après séchage ne devant pas excéder 30%. - la production en conditions industrielles (en particulier milieu peu cher, bon rendement de biomasse, levure sèche prête à l'emploi) d'une levure fraîche ou sèche à partir d'une souche de levure Saccharomyces cerevisiae génétiquement stable, robuste car notamment tolérante aux concentrations élevées d'éthanol et apte à produire, à partir par exemple de biomasses hémi-cellulosiques, de l'éthanol à au moins 80 g/L et ce à une température élevée de l'ordre de 30 à 40 °C. The method according to the invention has, in particular, the following advantages: For the yeast manufacturer, it allows: the construction of a yeast strain Saccharomyces cerevisiae aneu / polyploid, prototrophic to allow the production of biomass on sources simple carbon, nitrogen, phosphorus in inexpensive media such as by-products of the sugar industry such as molasses for example, - to have a yeast strain Saccharomyces cerevisiae having a maximum growth rate (p max ) between 0.37 h-1 and 0.5 h-1 - to have a yeast strain Saccharomyces cerevisiae which, when it is produced according to a process as described in the reference book "Yeast Technology" (2nd edition, 1991, G. Reed and TW Nagodawithana, published by Van Nostrand Reinhold, ISBN 0-442-31892-8), provides a biomass production yield of at least 45 g yeast solids per 100 g d equivalent - The availability of a yeast strain Saccharomyces cerevisiae resistant to the drying process as described in EP 511108 and US 5 741 695, the loss of fermentative activity after drying should not exceed 30. %. - the production under industrial conditions (particularly inexpensive medium, good biomass yield, ready-to-use dry yeast) of a fresh or dry yeast from a yeast strain Saccharomyces cerevisiae genetically stable, robust because including tolerant at high concentrations of ethanol and capable of producing, for example from hemicellulosic biomasses, ethanol at least 80 g / L and at an elevated temperature of the order of 30 to 40 ° C.
Par ailleurs, pour le producteur d'éthanol, l'avantage du procédé selon l'invention est de disposer d'une levure active io (fraîche û liquide ou comprimée - ou sèche), obtenue selon un procédé de production tel que décrit dans l'ouvrage « Yeast Technology », à partir d'une souche de levure Saccharomyces cerevisiae telle que définie au paragraphe précédent qui est : 15 - capable, dans les conditions de SSF décrites dans le document brevet WO 2004/046333, de fermenter à 35 °C un hydrolysat de céréales jusqu'à une concentration en éthanol de 14,5 % (v/v) minimum - capable, dans les conditions de SSF décrites dans le 20 document brevet WO 2004/046333, de fermenter à 35 °C un hydrolysat de céréales jusqu'à une concentration en éthanol de 16 % (v/v) minimum. Moreover, for the ethanol producer, the advantage of the process according to the invention is to have an active yeast (fresh - liquid or compressed - or dry), obtained according to a production method as described in US Pat. "Yeast Technology" work, from a yeast strain Saccharomyces cerevisiae as defined in the preceding paragraph which is: 15 - capable, under the conditions of SSF described in the patent document WO 2004/046333, to ferment at 35 ° C a cereal hydrolyzate to a minimum ethanol concentration of 14.5% (v / v) - capable, under the SSF conditions described in WO 2004/046333, of fermenting a hydrolyzate at 35 ° C cereals up to a minimum ethanol concentration of 16% (v / v).
Les résultats du procédé selon l'invention sont d'autant plus 25 remarquables qu'ils ont été obtenus à partir d'une souche dite industrielle, aneu/polyploïde prototrophe et de fait ayant un matériel génétique nettement plus complexe que celui d'une souche dite de laboratoire, rendant pour le moins imprévisibles les conséquences de modifications de ladite 30 souche industrielle. Ce fond génétique complexe, spécifique aux souches industrielles, rend d'autant plus difficile l'obtention de souches génétiquement modifiées exemptes au final de marqueurs de résistance à des antibiotiques, en particulier lorsque de nombreuses cibles génétiques doivent être modifiées. Des souches exemptes de marqueurs de résistance aux antibiotiques sont de toute évidence préférables pour des raisons de santé et d'environnement. The results of the process according to the invention are all the more remarkable since they were obtained from a so-called industrial strain, aneu / polyploid prototroph and in fact having a genetic material much more complex than that of a strain. so-called laboratory, making the consequences of modifications of said industrial strain at least unpredictable. This complex genetic background, which is specific to industrial strains, makes it all the more difficult to obtain genetically modified strains that are ultimately free of markers of resistance to antibiotics, particularly when many genetic targets need to be modified. Strains that are free of antibiotic resistance markers are clearly preferable for health and environmental reasons.
Les souches prototrophes selon l'invention présentent l'avantage de croître sur des sources simples de carbone, d'azote et de phosphore. Mais cette caractéristique fait que les vecteurs de io transformation disponibles dans la communauté scientifique (vecteurs utilisant des marqueurs d'auxotrophie) sont inopérants. II est donc nécessaire d'avoir à disposition des outils/vecteurs utilisant des marqueurs de résistance à des 15 antibiotiques, ces dits outils/vecteurs étant avantageusement construits pour permettre in fine l'excision de ces marqueurs. La construction des levures conformes à l'invention a nécessité par exemple l'emploi de 4 marqueurs positifs différents (généticine, phléomycine, hygromycine et 20 blasticidine). The prototrophic strains according to the invention have the advantage of growing on simple sources of carbon, nitrogen and phosphorus. But this characteristic makes the transformation vectors available in the scientific community (vectors using auxotrophic markers) inoperative. It is therefore necessary to have available tools / vectors using antibiotic resistance markers, said tools / vectors being advantageously constructed to ultimately allow the excision of these markers. The construction of the yeasts according to the invention required, for example, the use of 4 different positive markers (geneticin, phleomycin, hygromycin and blasticidine).
Les souches conformes à l'invention sont aneu/polyploïdes c'est une caractéristique généralement rencontrée dans les levures industrielles qui sont issues du milieu naturel. Le 25 passé phylogénétique de ces souches est à l'origine de cette particularité. Mais c'est une difficulté supplémentaire rencontrée lorsque l'on souhaite disrupter/inactiver toutes les copies d'un gène donné. Toutefois, ce caractère d'aneu- polyploïdie est en 30 général à l'origine de beaucoup de propriétés d'intérêt des levures industrielles (taux de croissance, résistance à différents stress, stabilité phénotypique). The strains according to the invention are aneu / polyploid is a characteristic generally encountered in industrial yeasts that are from the natural environment. The phylogenetic past of these strains is at the origin of this peculiarity. But it is an additional difficulty encountered when it is desired to disrupt / inactivate all copies of a given gene. However, this aneupolyploidy character is generally at the origin of many properties of interest of industrial yeasts (growth rate, resistance to different stresses, phenotypic stability).
En outre, les présents inventeurs après de longues recherches ont constaté avec surprise qu'avec le procédé selon l'invention, mis en oeuvre à partir de la souche dite industrielle qu'ils avaient sélectionnée : - l'introduction de cassettes d'expression. et de délétion n'induisait aucune instabilité génomique chez la levure modifiée qui voit son patrimoine génétique amélioré, - il n'était pas obligatoire de réguler son activité XK. II existe en effet une controverse dans l'art antérieur io concernant la surexpression de XKS1 dans des souches de laboratoire, donc mieux définies, qui suggère que l'activité Xylulokinase doit être finement régulée (Jin et al AEM 2003, 69,495-503 vs Ho et al. 1999, Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, Vol.65, pp. 163 û 192). 15 En particulier, les inventeurs ont montré qu'avec ladite souche industrielle il est possible de réaliser : - la délétion d'au moins deux copies du gène GRE3 de S. cerevisiae (l'enzyme Gre3p étant une aldose réductase 20 qui consomme du NADPH;H+ qui est produit en grande partie via la partie oxydative de la voie des pentoses) dans ladite souche industrielle selon l'invention a permis de réduire d'autant la consommation de NADPH ;H+ par la dite enzyme, 25 - la surexpression de XKS1 naturellement, c'est-à-dire que l'étape c) du procédé selon l'invention pourrait être omise, étant donné que XKS1 est un gène endogène de S. cerevisiae. Cette surexpression pourrait notamment être rendue possible après cultures cycliques lorsque le procédé 3o comporte une étape ultérieure d'évolution dirigée, telle que décrite plus loin, En variante préférée de ce premier objet, les cassettes a), b) et c) de l'étape (ii) sont toutes intégrées. Il est préféré dans cette variante que le gène XRm soit un gène qui présente la mutation suivante, K270M, ou un gène XR muté qui présente une (des) mutation(s) différente(s) telle(s) que K270R décrite par Watanabe et al., Microbiol. 2007, 153, 3044-3054, de sorte que cette mutation confère à l'enzyme codée d'utiliser NADH ;H+ comme co-facteur préférentiel en lieu et place du io NADPH ;H+. In addition, the present inventors after long researches found with surprise that with the method according to the invention, implemented from the so-called industrial strain that they had selected: - the introduction of expression cassettes. and deletion did not induce any genomic instability in the modified yeast, which saw its genetic heritage improved, - it was not obligatory to regulate its XK activity. There is in fact a controversy in the prior art concerning the overexpression of XKS1 in laboratory strains, thus better defined, which suggests that the Xylulokinase activity must be finely regulated (Jin et al AEM 2003, 69,495-503 vs Ho et al., 1999, Advances in Biochemical Engineering / Biotechnology, Vol.65, pp. 163 - 192). In particular, the inventors have shown that with said industrial strain it is possible to carry out: the deletion of at least two copies of the S. cerevisiae GRE3 gene (the Gre3p enzyme being an aldose reductase which consumes NADPH H + which is produced largely via the oxidative part of the pentose pathway) in said industrial strain according to the invention has reduced by the same amount the consumption of NADPH, H + by said enzyme, the overexpression of XKS1 naturally, that is, step c) of the method according to the invention could be omitted, since XKS1 is an endogenous gene of S. cerevisiae. This overexpression could in particular be made possible after cyclic cultures when the method 3o comprises a subsequent step of directed evolution, as described below. In a preferred variant of this first object, the cassettes a), b) and c) of the step (ii) are all integrated. It is preferred in this variant that the XRm gene is a gene that has the following mutation, K270M, or a mutated XR gene that has a mutation (s) different (s) such as K270R described by Watanabe and al., Microbiol. 2007, 153, 3044-3054, so that this mutation confers on the encoded enzyme to use NADH; H + as a preferred co-factor instead of NADPH; H +.
De manière encore plus préférée, dans cette variante, le clonage du gène XR muté (XRm), est réalisé en copie unique. 15 Il est également préféré dans cette variante que ledit au moins un gène de chaque étape de la partie non oxydative de la voie des pentoses phosphate de l'étape (iii) soit choisi dans le groupe constitué par RPE1, RK11, TKL1 et TAL1 et que ledit promoteur d'un gène de la glycolyse fortement 20 exprimé lors d'une fermentation alcoolique soit choisi dans le groupe constitué par le promoteur TDH3 pour RPE1, RK11 et TKLI et PGK1 pour TAL1. Even more preferably, in this variant, the cloning of the mutated XR gene (XRm) is performed in a single copy. It is also preferred in this variant that said at least one gene of each step of the non-oxidative portion of the pentose phosphate pathway of step (iii) is selected from the group consisting of RPE1, RK11, TKL1 and TAL1 and that said promoter of a highly expressed glycolysis gene in alcoholic fermentation is selected from the group consisting of the promoter TDH3 for RPE1, RK11 and TKLI and PGK1 for TAL1.
Selon des caractéristiques complémentaires ou 25 alternatives, dans le procédé de préparation d'une souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae conforme à l'invention : le promoteur à l'étape (ii) est choisi dans le groupe constitué par ADH1, ADH2, PGK1, TDH3, PDC2 et 30 GAL1/10, de préférence ADH1, et le terminateur est constitué par CYC1 ou par le terminateur propre du gène modifié, comme par exemple le terminateur TAL1 pour le gène TAL1. il est prévu une étape ultérieure d'évolution dirigée comportant les étapes successives suivantes consistant à soumettre la levure obtenue à (i) une mutagenèse, (ii) une croissance en cultures cycliques sous 02 limité dans un milieu comportant ledit au moins un pentose, et (iii) une sélection par croissance aérobie sur milieu solide contenant comme seule source de carbone du glycérol, de sorte à procurer des mutants non-déficients respiratoires de ladite levure qui présentent une croissance en anaérobiose en présence d'un milieu comportant ledit au moins un pentose. 15 De manière préférée dans cette variante, la mutagenèse de l'étape (i) est réalisée en conditions modérées, à savoir mutagenèse modérée avec 100 à 500 J/cm2 et, de préférence encore, 300 J/cm2 d'Ultra-violets à 20 254 nm. Ces conditions n'entrainent qu'une mortalité de 10 % de la population soumise aux Ultra-violets. Les inventeurs ont ainsi montré de manière surprenante, qu'avec une si faible mortalité contrôlée, il est permis de réduire d'un facteur 10 la durée de l'étape 25 d'évolution dirigée par cultures cycliques nécessaire à l'obtention de mutants capables de fermenter ledit au moins un pentose. Le taux de survie est déterminé en étalant sur boîtes gélosées contenant un milieu nutritif un volume identique de la suspension cellulaire avant et après 30 mutagenèse. Le nombre de colonies est déterminé après 48 h de croissance. De manière préférée, la limitation en 02 de l'étape (ii) de cette variante est réalisée grâce à une surpression i0 partielle dans l'équipement utilisé (par exemple, fioles ou fermenteurs) due au CO2 produit. Les cultures cycliques selon cette variante, dans les conditions de fermentation dudit au moins un pentose, permettent d'enrichir la population en mutants capables de fermenter ledit pentose et cela en un temps de 4 à 8 semaines et de préférence 6 semaines ce qui est relativement court et très intéressant comparé à ce qui serait obtenu par chémostat comme décrit par Kuyper et al. (2004) 4, 655-664. According to complementary or alternative characteristics, in the process for preparing an industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae according to the invention: the promoter in step (ii) is chosen from the group consisting of ADH1, ADH2, PGK1, TDH3, PDC2 and GAL1 / 10, preferably ADH1, and the terminator is CYC1 or the proper terminator of the modified gene, such as the TAL1 terminator for the TAL1 gene. there is provided a subsequent step of directed evolution comprising the following successive steps of subjecting the yeast obtained to (i) a mutagenesis, (ii) a growth in cyclic cultures under 02 limited in a medium comprising said at least one pentose, and (iii) a selection by aerobic growth on a solid medium containing glycerol as the only carbon source, so as to provide non-deficient respiratory mutants of said yeast that exhibit anaerobic growth in the presence of a medium comprising said at least one pentose. In this variant, the mutagenesis of step (i) is preferably carried out under moderate conditions, namely moderate mutagenesis with 100 to 500 J / cm 2 and, more preferably, 300 J / cm 2 of ultraviolet rays. 254 nm. These conditions only result in a mortality of 10% of the population subjected to Ultra-violet. The inventors have thus surprisingly shown that with such a low controlled mortality, it is possible to reduce by 10 the duration of the cyclic culture directed evolution step necessary to obtain mutants capable of fermenting said at least one pentose. The survival rate is determined by plating on agar plates containing a nutrient medium an identical volume of the cell suspension before and after mutagenesis. The number of colonies is determined after 48 hours of growth. Preferably, the limitation at 02 of step (ii) of this variant is carried out thanks to a partial overpressure i0 in the equipment used (for example, flasks or fermenters) due to the CO2 produced. The cyclic cultures according to this variant, under the fermentation conditions of said at least one pentose, make it possible to enrich the population with mutants capable of fermenting said pentose and this in a time of 4 to 8 weeks and preferably 6 weeks which is relatively short and very interesting compared to what would be obtained by chemostat as described by Kuyper et al. (2004) 4, 655-664.
Bien que le phénotype déficient respiratoire « petite » puisse concorder avec les critères de fermentation dudit au moins un pentose, dans cette variante les présents inventeurs ont réalisé une étape d'élimination des levures « petites » car ce phénotype est incompatible avec les procédés de production de levures industrielles au sens de l'invention. Although the "small" respiratory deficiency phenotype may be consistent with the fermentation criteria of the said at least one pentose, in this variant the present inventors have carried out a step of eliminating "small" yeasts because this phenotype is incompatible with the production processes. industrial yeasts within the meaning of the invention.
La présente invention a également pour objet la souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae EG3 directement obtenue par le procédé selon l'invention avant l'étape d'évolution dirigée et qui consiste en la souche de levure déposée le 14 avril 2010 à la C.N.C.M (collection nationale des cultures microbiennes de l'Institut Pasteur) sous le N° 1-4295 dans les conditions du traité de Budapest. La présente invention a encore pour objet la souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae EG2 directement obtenue par le procédé selon l'invention après l'étape d'évolution dirigée et qui consiste en la souche de levure déposée le 14 avril 2010 à la C.N.C.M (collection nationale des cultures microbiennes de l'Institut Pasteur) sous le N° 1-4294 dans les conditions du traité de Budapest. The present invention also relates to the industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae EG3 directly obtained by the process according to the invention before the step of directed evolution and which consists of the yeast strain deposited on April 14, 2010 at the CNCM (collection microbial culture of the Institut Pasteur) under No. 1-4295 under the conditions of the Budapest Treaty. The subject of the present invention is also the industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae EG2 directly obtained by the process according to the invention after the step of directed evolution and which consists of the yeast strain deposited on April 14, 2010 at the CNCM (collection microbial culture of the Pasteur Institute) under No. 1-4294 under the terms of the Budapest Treaty.
La présente invention a également pour objet la souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae EG1 directement obtenue par le procédé selon l'invention après l'étape d'évolution dirigée et qui consiste en une variante incapable de sporuler de la souche de levure EG2 et déposée le 14 avril 2010 à la C.N.C.M (collection nationale des cultures microbiennes de l'Institut Pasteur) sous le N° 1-4293 dans les conditions du traité de Budapest. Une souche incapable de sporuler présente un avantage en terme de protection de l'environnement car elle supprime le risque de dissémination des transgènes par conjugaison avec d'autres levures du milieu environnant. Cette caractéristique est d'autant plus importante lorsque les microorganismes génétiquement modifiés sont utilisés à très grande échelle. The subject of the present invention is also the industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae EG1 directly obtained by the process according to the invention after the step of directed evolution and which consists of a variant incapable of sporulating the yeast strain EG2 and deposited on April 14, 2010 at the CNCM (national collection of microbial cultures of the Pasteur Institute) under No. 1-4293 under the conditions of the Budapest Treaty. A strain that is unable to sporulate has an advantage in terms of environmental protection because it eliminates the risk of dissemination of transgenes by conjugation with other yeasts of the surrounding medium. This characteristic is even more important when genetically modified microorganisms are used on a very large scale.
De préférence encore, la souche de levure industrielle Saccharomyces cerevisiae obtenue est pratiquement ou totalement exempte de marqueurs notamment de résistance à des 20 antibiotiques. More preferably, the industrial yeast strain Saccharomyces cerevisiae obtained is practically or totally free of markers including resistance to antibiotics.
Les souches de levure Saccharomyces cerevisiae préparées conformément à la présente invention, selon les critères ci-dessus définis, ont conservé, après introduction des 25 modifications génétiques et autres mutations générées lors de l'étape d'évolution dirigée, leurs caractéristiques génotypiques et phénotypiques après un procédé industriel complet de production. En particulier, les levures produites présentent une cinétique de production d'alcool, une 30 cinétique de consommation de xylose et une quantité maximale d'alcool produite rigoureusement identiques à la souche de levure avant l'application d'un procédé industriel complet. The Saccharomyces cerevisiae yeast strains prepared according to the present invention, according to the criteria defined above, have preserved, after introduction of the genetic modifications and other mutations generated during the directed evolution step, their genotypic and phenotypic characteristics after a complete industrial process of production. In particular, the yeasts produced exhibit alcohol production kinetics, xylose consumption kinetics and a maximum amount of alcohol produced strictly identical to the yeast strain prior to the application of a complete industrial process.
Par ailleurs, les caractéristiques industrielles de la souche choisie avant manipulation telles que décrites précédemment (taux de croissance, rendement de production, aptitude au séchage) demeurent inchangées. Furthermore, the industrial characteristics of the strain selected beforehand as described above (growth rate, production yield, drying ability) remain unchanged.
La présente invention a encore pour objet un procédé de production d'éthanol, à partir d'un milieu comportant au moins un pentose, par fermentation à l'aide d'une levure selon l'invention, mentionnée ci-dessus, ou telle qu'obtenue par un procédé conforme à l'invention comme il vient d'être décrit. De manière préférée, le procédé de production d'éthanol présente les caractéristiques alternatives et/ou complémentaires suivantes : il comporte une étape de saccharification et de fermentation simultanée (SSF) en présence de polymères d'hexoses, majoritairement constitués de glucose, et d'au moins une enzyme apte à les hydrolyser, ledit au moins un pentose est le xylose, ledit milieu est choisi dans le groupe constitué par, les 20 hydrolysats de lignine, de cellulose, d'hémicellulose, de dextrines. les vitesses moyennes de libération des hexoses, majoritairement du glucose, sont de l'ordre de 2,8 à 5,6 g/L/h avec une concentration extracellulaire en hexose, 25 majoritairement en glucose, nulle. Les présents inventeurs ont mis en oeuvre le procédé de production d'éthanol conforme à l'invention dans les conditions réelles de SSF (Fermentation et Saccharification Simultanée), 30 telles que pratiquées dans l'industrie pour la production d'éthanol, notamment aux USA. The subject of the present invention is also a process for the production of ethanol from a medium containing at least one pentose by fermenting using a yeast according to the invention, mentioned above, or such as obtained by a process according to the invention as just described. Preferably, the ethanol production process has the following alternative and / or additional characteristics: it comprises a step of saccharification and simultaneous fermentation (SSF) in the presence of hexose polymers, mainly consisting of glucose, and at least one enzyme capable of hydrolyzing them, said at least one pentose is xylose, said medium is chosen from the group consisting of hydrolysates of lignin, cellulose, hemicellulose and dextrins. the average release rates of hexoses, mainly glucose, are of the order of 2.8 to 5.6 g / L / h with an extracellular concentration in hexose, predominantly in glucose, zero. The present inventors have implemented the ethanol production process according to the invention under the actual conditions of SSF (Fermentation and Simultaneous Saccharification), as practiced in the industry for the production of ethanol, in particular in the USA. .
Les concentrations en sucres mises en oeuvre (70 g/kg de Xylose et 130 g/kg d'équivalent Glucose) sont à la connaissance de la Demanderesse, les concentrations maximum que l'on peut rencontrer sur le terrain. Tous les essais publiés faisant référence à la fermentation du xylose ont été réalisés avec des concentrations nettement inférieures en sucres totaux. The concentrations of sugars used (70 g / kg of Xylose and 130 g / kg of Glucose equivalent) are known to the Applicant, the maximum concentrations that can be encountered in the field. All published tests referring to the fermentation of xylose were carried out with significantly lower concentrations of total sugars.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, comportant des exemples de réalisation avec tableaux de résultats qui sont donnés à titre purement illustratif et non limitatif, et pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la Figure 1 illustre un vecteur de surexpression de la XDH de 15 Pichia stipitis, la Figure 2 est un graphe montrant le glucose libéré par hydrolyse enzymatique en fonction du temps selon trois conditions de libération initiale (A) : 2,8 g/L/h, (B) : 3,9 g/L/h et (C) : 5,6 g/L/h, 20 les Figures 3 à 5 montrent pour une souche conforme à l'invention EG3, l'évolution des concentrations en glucose, xylose, éthanol, xylitol, glycérol au cours du temps, la figure 3 correspond à la dose d'enzyme A, la figure 4 à la dose d'enzyme B et la figure 5 à la dose d'enzyme C, 25 les Figures 6 à 8 montrent pour encore une autre souche conforme à l'invention EG1, l'évolution des concentrations en glucose, xylose, éthanol, xylitol, glycérol au cours du temps, la figure 6 correspond à la dose d'enzyme A, la figure 7 à la dose d'enzyme B et la figure 8 à la dose d'enzyme C, 30 la Figure 9 montre l'évolution des moyennes mobiles des vitesses de consommation du xylose par chacune des deux souches EG1 et EG3 au cours des trois essais réalisés en fonction de la moyenne mobile des concentrations en glucose dans le milieu sur le même intervalle de temps, la Figure 10 est un graphe illustrant la vitesse spécifique de production du xylitol (g/L/h) en fonction de la vitesse spécifique de consommation de xylose dans le milieu (g/L/h) pour les deux souches EG1 et EG3, la Figure 11 est un graphe illustrant la perte de masse en fonction du temps de fermentation en présence de xylose (70 g/L) par les 2 évoluats EG3 et EG2 (la souche Ethanol RedTM est la souche de départ). Other features and advantages of the invention will emerge even more clearly on reading the detailed description which will follow, including exemplary embodiments with result tables which are given for purely illustrative and non-limiting purposes, and for the understanding of which Reference is made to the accompanying drawings in which: Figure 1 illustrates an XDH overexpression vector of Pichia stipitis, Figure 2 is a graph showing glucose released by enzymatic hydrolysis as a function of time under three initial release conditions (A). ): 2.8 g / L / h, (B): 3.9 g / L / h and (C): 5.6 g / L / h, Figures 3 to 5 show for a strain conforming to EG3 invention, the evolution of concentrations of glucose, xylose, ethanol, xylitol, glycerol over time, Figure 3 corresponds to the dose of enzyme A, Figure 4 to the dose of enzyme B and Figure 5 at the dose of enzyme C, Figures 6 to 8 show for yet another according to the invention EG1, the evolution of glucose, xylose, ethanol, xylitol, glycerol concentrations over time, FIG. 6 corresponds to the dose of enzyme A, FIG. 7 to the dose of enzyme B and FIG. 8 at the dose of enzyme C, FIG. 9 shows the evolution of the moving averages of the xylose consumption rates by each of the two strains EG1 and EG3 during the three tests carried out as a function of the moving average of the glucose concentrations in the medium over the same time interval, FIG. 10 is a graph illustrating the specific rate of production of xylitol (g / L / h) as a function of the specific rate of xylose consumption in the medium (g / L / h) for the two EG1 and EG3 strains, FIG. 11 is a graph illustrating the mass loss as a function of the fermentation time in the presence of xylose (70 g / L) by the two EG3 and EG2 evolutions (the ethanol strain). RedTM is the starting strain).
EXEMPLES EXEMPLE 1 La sélection de la souche industrielle est telle que décrite dans la description ci-dessus. Toutes les séquences d'ADN qui ont été utilisées pour les différentes transformations visant la surexpression d'un gène ont été obtenues à partir d'un vecteur-type connu (type pUC de E. Coli) dans lequel ont été déclinés : - les cibles d'intégration ; les promoteurs/terminateurs choisis par gène d'intérêt et les marqueurs de résistance qui seront éliminés par la suite (voir ci-dessous). Un exemple de vecteur utilisé pour la surexpression de la XDH de Pichia stipitis est illustré à la Figure 1. Pour la disruption des copies du gène GRE3 de la souche industrielle sélectionnée, les inventeurs ont utilisé des amplifiats PCR à partir d'un plasmide de type pUG6 (Güldener U, Heck S, Fielder T, Beinhauer J, Hegemann JH. Nucleic Acids Res. 1996 Jul 1;24(13):2519-2524). EXAMPLES EXAMPLE 1 The selection of the industrial strain is as described in the description above. All the DNA sequences that were used for the various transformations aimed at overexpressing a gene were obtained from a known standard vector (pUC type of E. Coli) in which were declined: the targets integration; selected promoters / terminators per gene of interest and resistance markers that will be removed later (see below). An example of a vector used for the overexpression of the XDH of Pichia stipitis is illustrated in FIG. 1. For the disruption of the copies of the GRE3 gene of the selected industrial strain, the inventors used PCR amplifiers from a plasmid of the type pUG6 (Güldener U, Heck S, Fielder T, Beinhauer J, Hegemann JH, Nucleic Acids Res 1996 Jul 1, 24 (13): 2519-2524).
L'étape de transformation de la levure a été mise en oeuvre d'après Gietz, R.D. and R.A. Woods. (2002) Transformation of yeast by the Liac/SS Carrier DNA/PEG method. Methods in Enzymology 350: 87-96. Les souches de levure selon l'invention, respectivement EG1, EG2 et EG3 ont été déposées à la CNCM en date du 14 avril 2010 et il leur a été attribué les Numéros 1-4293, 1-4294 et I-4295 respectivement. 10 Les souches conformes à l'invention possèdent le génotype suivant : Ethanol RedTM, BUD5::ADH1 p-PsXRm (K270M)-CYCI t; HO::ADH1 p-PsXDH-CYC 1 t; BUD5::ADH1 p-XKS 1-CYC 1 t; 15 RPEI::TDH3p-RPEI -CYC 1 t; RKl1::TDH3p-RKl1-CYC 1 t; TKL I::TDH3p-TKL 1-CYC 1 t; TAL 1:: PGK1 p-TAL 1-CYC 1 t; AGRE3 The yeast transformation step was carried out according to Gietz, R.D. and R.A. Woods. (2002) Transformation of yeast by the Liac / SS Carrier DNA / PEG method. Methods in Enzymology 350: 87-96. The yeast strains according to the invention, respectively EG1, EG2 and EG3 were deposited at the CNCM on April 14, 2010 and were assigned to them Numbers 1-4293, 1-4294 and I-4295 respectively. Strains according to the invention have the following genotype: Ethanol RedTM, BUD5 :: ADH1 p-PsXRm (K270M) -CYCI t; HO :: ADH1 p-PsXDH-CYC 1 t; BUD5 :: ADH1 p-XKS 1-CYC 1 t; RPEI :: TDH3p-RPEI -CYC 1 t; RKI1 :: TDH3p-RK1-CYC 1 t; TKL I :: TDH3p-TKL 1-CYC 1 t; TAL 1 :: PGK 1 p-TAL 1-CYC 1 t; AGRE3
EXEMPLE 2 20 La mutagenèse des souches obtenues à l'Exemple précédent a été réalisée de manière modérée à savoir de 100 à 500 J/cm2 et de préférence à 300 J/cm2 d'Ultra-violets à 254 nm. Après une semaine de culture à 32 °C dans un milieu type YE (Yeast Extract 0,5 %) contenant 7 % de Xylose sous agitation, 25 sans aération - la limitation en 02 étant réalisée grâce à une surpression partielle dans les fioles due au CO2 produit lors de la fermentation - un ml de la culture est utilisé pour ré-ensemencer le même milieu. Cette opération est répétée 6 fois. Les cellules sont finalement étalées sur milieu gélosé YE Glucose à 20 g/L. 30 Des colonies isolées sont prélevées puis cultivées successivement sur : YE Glycérol à 20 g/L et en aérobiose pour éliminer les mutants « petite » i.e. déficients respiratoires ;5 YE Glucose pour vérifier leur vitesse de croissance ; YE Xylose pour identifier les clones les plus intéressants. EXAMPLE 2 The mutagenesis of the strains obtained in the preceding Example was carried out moderately, namely 100 to 500 J / cm 2 and preferably 300 J / cm 2 of ultraviolet at 254 nm. After one week of culture at 32 ° C. in a YE (Yeast Extract 0.5%) type medium containing 7% of Xylose with stirring, without aeration - the 02 limitation being achieved thanks to a partial overpressure in the flasks due to CO2 produced during fermentation - one ml of the culture is used to re-seed the same medium. This operation is repeated 6 times. The cells are finally spread on YE glucose agar medium at 20 g / l. Isolated colonies are collected and then successively cultured on: YE Glycerol at 20 g / L and aerobically to remove "small" i.e. respiratory-impaired mutants; 5 YE Glucose to check their growth rate; YE Xylose to identify the most interesting clones.
EXEMPLE 3 Les inventeurs ont d'abord testé en culture en batch anaérobie les souches génétiquement modifiées de sorte à être capables de convertir le xylose en éthanol telles qu'obtenues à l'Exemple 2. Ils ont pu mesurer le Km apparent pour le xylose en mesurant la vitesse de production du CO2 en fonction de la concentration en xylose et cela lors de la fermentation du xylose comme seule source de carbone : il est de 6,16 M. Parmi les souches testées, trois sont sélectionnées en conditions SSF afin d'évaluer leur capacité à métaboliser le xylose en même temps que le glucose. Les essais SSF ont été réalisés avec des doses d'enzymes faibles dont l'activité est comprise entre 4,3 et 8,6 pKat afin que la vitesse de libération du glucose soit faible et que la concentration en glucose résiduel au cours de la fermentation soit nulle. EXAMPLE 3 The inventors first tested in anaerobic batch culture the strains genetically modified so as to be able to convert xylose to ethanol as obtained in Example 2. They were able to measure the apparent Km for xylose in vitro. measuring the rate of production of CO2 as a function of the xylose concentration and that during the fermentation of xylose as sole source of carbon: it is 6.16 M. Among the strains tested, three are selected under SSF conditions in order to evaluate their ability to metabolize xylose at the same time as glucose. SSF assays were performed with low enzyme doses ranging from 4.3 to 8.6 pKat so that the glucose release rate was low and the residual glucose concentration during fermentation be zero.
Les souches testées ont été la souche EG3 et la souche EG1 respectivement obtenues avant et après l'étape d'évolution dirigée. Les cellules de la souche EG1 sont incapables de sporuler. La capacité à sporuler de ces cellules est déterminée par observation microscopique de tétrades ou d'asques obtenus en cultivant les cellules 48 h sur un milieu pauvre type SAA (Acétate de sodium 0.8%, Agar 1.5%). The strains tested were the strain EG3 and the strain EG1 respectively obtained before and after the step of directed evolution. The cells of strain EG1 are incapable of sporulating. The ability to sporulate these cells is determined by microscopic observation of tetrads or asci obtained by culturing the cells for 48 hours on a poor medium type SAA (0.8% sodium acetate, 1.5% agar).
Conditions des essais. Les essais ont été réalisés à 32 °C, pH 5. L'ensemencement a été de 0,5 g de matières sèches levure par kg de moût initial. La libération enzymatique progressive du glucose a été obtenue par utilisation de dextrines et ajout de glucoamylase. Les doses de glucoamylase utilisées ont été faibles (comprises entre 4,3 pkat et 8,6 pkat) afin de simuler une cinétique d'hydrolyse de la cellulose par des cellulases ayant lieu en 72 h. Les vitesses de libération initiale du glucose testées ont été respectivement de (A) : 2,8 g/L/h, (B) : 3,9 g/L/h et (C) : 5,6 g/L/h. Test conditions. The tests were carried out at 32 ° C., pH 5. The seeding was 0.5 g yeast solids per kg of initial must. Progressive enzymatic release of glucose was achieved by using dextrins and adding glucoamylase. The glucoamylase doses used were low (between 4.3 pkat and 8.6 pkat) in order to simulate the kinetics of hydrolysis of the cellulose by cellulases taking place in 72 hours. The initial glucose release rates tested were (A): 2.8 g / L / h, (B): 3.9 g / L / h and (C): 5.6 g / L / h, respectively. .
Comme observé généralement, la cinétique d'hydrolyse diminue lorsque 60-70% des dextrines ont été hydrolysées et les vitesses moyennes de libération du glucose sont ensuite de l'ordre de 0,4-0,45 g/L/h pour les trois conditions avec une vitesse légèrement plus rapide avec la condition A. (Figure 2). As generally observed, the kinetics of hydrolysis decreases when 60-70% of the dextrins have been hydrolysed and the average glucose release rates are then of the order of 0.4-0.45 g / L / h for the three conditions with a slightly faster speed with condition A. (Figure 2).
En pratique, le milieu utilisé est un milieu synthétique contenant de l'extrait de levure (5 g/kg), de l'urée (2,5 g/kg), du phosphate dipotassique (1 g/kg), un tampon citrate 12 mM ainsi que des minéraux et des vitamines. In practice, the medium used is a synthetic medium containing yeast extract (5 g / kg), urea (2.5 g / kg), dipotassium phosphate (1 g / kg), a citrate buffer. 12 mM as well as minerals and vitamins.
Résultats obtenus Souche EG3. Les Figures 3 à 5 donnent l'évolution des concentrations en glucose, xylose, éthanol, xylitol, et en glycérol au cours du temps. Ces figures montrent qu'en 72 h : la souche EG3 a consommé entre 30 et 33 g de xylose selon 25 les essais alors qu'elle n'en avait quasiment pas consommé en batch xylose. 17 à 20 g de xylitol ont été produits sur les 30-33 g de xylose consommés soit un ratio de 0,5 g/g pour la condition A et un ratio de 0,6 g/g pour les conditions B et C. - 30 les quantités de glycérol produit ont été faibles, plus faibles que les quantités attendues dans ce type d'essai. Globalement, les trois essais ont donné des résultats équivalents. Results obtained EG3 strain. Figures 3 to 5 show the evolution of glucose, xylose, ethanol, xylitol, and glycerol concentrations over time. These figures show that in 72 h: the strain EG3 consumed between 30 and 33 g of xylose according to the tests whereas it had hardly consumed in batch xylose. 17 to 20 g of xylitol were produced on the 30-33 g of xylose consumed is a ratio of 0.5 g / g for condition A and a ratio of 0.6 g / g for conditions B and C. - The amounts of glycerol produced were small, lower than the quantities expected in this type of test. Overall, the three trials yielded equivalent results.
TABLEAU 1 : Molécules produites et consommées par la souche EG3 (en g par kg de milieu initial à 72 h) Dose Glucose xylose Biomasse Xylitol glycérol Ethanol Bilan enzyme carbone A 103,3 32,8 10 17,0 1,1 51,7 101% B 114,4 33,2 10 19,6 1,6 57,7 103% C 122,2 30,9 10 17,9 2,5 60,6 103% Souche EG1 Les Figures 4 à 6 donnent l'évolution des concentrations en glucose, xylose, éthanol, xylitol, et en glycérol au cours du temps. Ces figures montrent qu'en 72 h: - 10 la souche EG1 a consommé entre 45 et 60 g de xylose selon les essais soit quasiment deux fois plus que la souche EG3. à 13 g de xylitol ont été produit sur les 45-60 g de xylose consommés soit un ratio de 0,2 g/g pour les trois essais les quantités de glycérol produit ont été faibles mais plus élevées qu'avec la souche EG3. TABLE 1: Molecules produced and consumed by strain EG3 (in g per kg of initial medium at 72 h) Dose Glucose xylose Biomass Xylitol glycerol Ethanol Carbon dioxide balance A 103.3 32.8 10 17.0 1.1 51.7 101% B 114.4 33.2 10 19.6 1.6 57.7 103% C 122.2 30.9 10 17.9 2.5 60.6 103% Strain EG1 Figures 4 to 6 give the evolution of glucose, xylose, ethanol, xylitol, and glycerol concentrations over time. These figures show that in 72 h: the EG1 strain consumed between 45 and 60 g of xylose according to the tests is almost twice as much as the strain EG3. 13 g of xylitol were produced on the 45-60 g of xylose consumed or a ratio of 0.2 g / g for the three tests the amounts of glycerol product were low but higher than the strain EG3.
Globalement, les trois essais ont donné des résultats équivalents. Overall, the three trials yielded equivalent results.
TABLEAU 2 : Molécules produites et consommées par la souche EG1 (en g par kg de milieu initial à 72 h) Dose glucose xylose Biomasse Xylitol glycérol Ethanol Bilan enzyme carbone A 102,5 60,61 10 12,74 2,86 65,49 100% B 115,6 51,65 10 11,90 4,17 69,34 102% C 120,9 45,96 10 9,86 5,33 70,18 103% Commentaires/hypothèses sur les résultats obtenus, notamment relatifs à la concentration en glucose permettant la prise du xylose. TABLE 2 Molecules produced and consumed by strain EG1 (in g per kg of initial medium at 72 h) Glucose xylose dose Biomass Xylitol glycerol Ethanol Carbon dioxide balance A 102.5 60.61 10 12.74 2.86 65.49 100% B 115.6 51.65 10 11.90 4.17 69.34 102% C 120.9 45.96 10 9.86 5.33 70.18 103% Comments / assumptions on the results achieved, in particular relating to at the glucose concentration allowing xylose uptake.
Les résultats obtenus sur batch glucose-xylose montrent une rupture de pente de perte de masse qui semble indiquer que le glucose était d'abord consommé puis que le xylose était ensuite consommé à vitesse beaucoup plus lente. The results obtained on glucose-xylose batch show a loss of mass loss slope which seems to indicate that the glucose was first consumed then the xylose was then consumed at a much slower rate.
L'essai SSF tel que réalisé dans l'Exemple permet d'évaluer si la prise du xylose serait plus importante en flux entrant de glucose non nul mais concentration en glucose nulle. The SSF test as carried out in the Example makes it possible to evaluate whether the uptake of the xylose would be greater in flow entering non-zero glucose but zero glucose concentration.
La Figure 9 montre l'évolution des moyennes mobiles des vitesses de consommation du xylose par chacune des deux souches au cours des trois essais réalisés en fonction de la moyenne mobile des concentrations en glucose dans le milieu sur le même intervalle de temps. Les résultats permettent de constater : - qu'il y a consommation du xylose par les souches testées vers 5 g/kg de glucose en solution, que la vitesse de consommation du xylose observée avec la souche EG3 est 2 fois plus faible que celles observées avec la souche EG1. Figure 9 shows the evolution of moving averages of xylose consumption rates by each of the two strains in the three tests performed as a function of the moving average glucose concentration in the medium over the same time interval. The results show: - that there is xylose consumption by the strains tested at 5 g / kg of glucose in solution, that the rate of consumption of xylose observed with the strain EG3 is 2 times lower than those observed with strain EG1.
Dans une variante préférée du procédé de production d'éthanol selon l'invention, telle que présentée dans l'Exemple, la libération lente et contrôlée du glucose permet aux cellules de ne pas subir de forte variation de pression osmotique et d'éviter l'engorgement des voies fermentaires (Glycolyse, Pentoses Phosphate, et Transporteurs des sucres) qui limiterait l'utilisation du xylose. In a preferred variant of the ethanol production method according to the invention, as shown in the Example, the slow and controlled release of glucose allows the cells not to undergo a strong change in osmotic pressure and to avoid engorgement of fermental pathways (Glycolysis, Pentoses Phosphate, and Carriers of sugars) which would limit the use of xylose.
De manière surprenante et remarquable, avec le procédé selon l'invention, les cellules sont capables de métaboliser 62 g/L de xylose en 50 heures dans un milieu très riche en sources de carbones de l'ordre de 200 g/L (Exemple réalisé avec 130 g/L 5' d'équivalent glucose et 70 g/L de Xylose). Ces conditions aussi drastiques n'ont, à notre connaissance, jamais été décrites. D'après les essais SSF réalisés : la vitesse spécifique de la souche EG1 est de 0,5 g xylose/ g MS levure / h. io 12,74 g de xylitol ont été formés pour 60,61 g de xylose consommé soit un ratio de 21 g/100 g. 15 20 25 30 Surprisingly and remarkably, with the process according to the invention, the cells are capable of metabolizing 62 g / l of xylose in 50 hours in a medium rich in carbon sources of the order of 200 g / l (Example with 130 g / L 5 'of glucose equivalent and 70 g / L of Xylose). These conditions as drastic have, to our knowledge, never been described. According to the SSF tests carried out: the specific speed of the EG1 strain is 0.5 g xylose / g MS yeast / h. 12.74 g of xylitol were formed for 60.61 g of xylose consumed, ie a ratio of 21 g / 100 g. 15 20 25 30
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