Contrat postdoctoral 18 mois Couplage des enzymes et de la chimie : changements structuraux pour de nouvelles fonctionnalités des fibres végétales

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Présentation INRAE

L’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) est un établissement public de recherche rassemblant une communauté de travail de 12 000 personnes, avec 272 unités de recherche, de service et expérimentales, implantées dans 18 centres sur toute la France. INRAE se positionne parmi les tout premiers leaders mondiaux en sciences agricoles et alimentaires, en sciences du végétal et de l’animal. Ses recherches visent à construire des solutions pour des agricultures multi-performantes, une alimentation de qualité et une gestion durable des ressources et des écosystèmes.

Environnement de travail, missions et activités

Ce projet postdoctoral s’inscrit dans le cadre du projet SmartCoupling, financé par le PEPR B-Best (France 2030), qui vise à combiner enzymes et chimie pour créer des outils durables et adaptés pour le fractionnement et la conversion de la biomasse lignocellulosique (LCB).

Le LCB peut être considéré comme une source d’énergie et de matériaux durable et prometteuse. Pour cette raison, sa dégradation a suscité beaucoup d’intérêt pour le développement des biocarburants¹ ainsi que des produits chimiques^2,3 et des nanocelluloses.^{4, 5} Le principal verrou de l’utilisation de la LCB est sa nature récalcitrante, qui résulte de l’arrangement des biopolymères donnant lieu à des interactions fortes et des structures cristallines.⁶ Pour cette raison, le fractionnement de la LCB nécessite des prétraitements chimiques, mécaniques et/ou enzymatiques, qui augmentent les coûts (énergie) et l’empreinte environnementale (produits chimiques, eau, déchets). 

Pour cela, la Nature a déjà mis en place une batterie d’enzymes évoluées par des micro-organismes pour la dégradation de la paroi cellulaire. Dans ce domaine, les champignons sécrètent un certain nombre d’enzymes dont l’activité synergique permet la dégradation de la lignocellulose. Parmi ces enzymes, les « lytic polysaccharide monooxygènases » (LPMO) clivent les polysaccharides par oxydation.⁷ Les LPMOs ont déjà démontré un rôle principal sur le fractionnement de la cellulose.⁵ Dans ce contexte, les laboratoires BIA et BBF ont été les premiers à décrire l’effet des LPMOs sur la fibre de cellulose, et nous avons démontré leur attaque sur des zones de tension de la fibre, ce qui crée des points d’entrée qui facilitent la fibrillation.^{4, 8} Bien que l’action des LPMOs sur la fibre de cellulose soit prometteuse, la LCB est un substrat plus complexe qui peut entraver leur action enzymatique.

Le projet SmartCoupling se concentre sur les LPMOs en tant qu’enzymes oxydatives et sur l’utilisation de la chimie verte comme outils pour déstructurer la LCB. 

Ce poste postdoctoral vise à étudier le rôle des caractéristiques structurelles de la biomasse lignocellulosique (composition, morphologie, surface accessible, mobilité de l’eau…) sur la déconstruction contrôlée pour obtenir des nanofibrilles de cellulose. Le but est de comprendre les changements structuraux lors des traitements pour définir de nouveaux schémas de transformation de la biomasse. À cet effet, nous proposons les objectifs suivants : 

1. Caractériser des biomasses lignocellulosiques à différentes échelles : composition, morphologie, réactivité chimique, prise d’eau… pour alimenter la base de données des paramètres structuraux de la biomasse. 
2. Traiter la biomasse par de différentes approches : enzymatique, chimique et mécanique, afin d’élucider l’impact sur la structure. 
3. Définir des protocoles de fractionnement de LCB.

 

Date d’entrée en fonction : Fin 2026 ou Printemps 2027

Encadrement : INRAE BIA Nantes : Ana Villares; Céline Moreau (https://eng-ur-bia.angers-nantes.hub.inrae.fr/)

 

(1) Himmel, M. E.; Ding, S.-Y.; Johnson, D. K.; Adney, W. S.; Nimlos, M. R.; Brady, J. W.; Foust, T. D. Biomass recalcitrance: Engineering plants and enzymes for biofuels production. Science  2007, 315 (5813), 804–807. DOI: 10.1126/science.1137016.

(2) Bozell, J. J.; Petersen, G. R. Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates-the US Department of Energy's "Top 10" revisited. Green Chem. 2010, 12 (4), 539–554. DOI: 10.1039/b922014c.

(3) Kumar, R.; Singh, S.; Singh, O. V. Bioconversion of lignocellulosic biomass: biochemical and molecular perspectives. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 2008, 35 (5), 377–391. DOI: 10.1007/s10295-008-0327-8 (accessed 7/11/2023).

(4) Villares, A.; Moreau, C.; Bennati-Granier, C.; Garajova, S.; Foucat, L.; Falourd, X.; Saake, B.; Berrin, J. G.; Cathala, B. Lytic polysaccharide monooxygenases disrupt the cellulose fibers structure. Sci Rep 2017, 7, 40262. DOI: DOI: 10.1038/srep40262.

(5) Moreau, C.; Tapin-Lingua, S.; Grisel, S.; Gimbert, I.; Le Gall, S.; Meyer, V.; Petit-Conil, M.; Berrin, J. G.; Cathala, B.; Villares, A. Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) facilitate cellulose nanofibrils production. Biotechnol. Biofuels 2019, 12. DOI: 10.1186/s13068-019-1501-0.

(6) Marriott, P. E.; Gómez, L. D.; McQueen-Mason, S. J. Unlocking the potential of lignocellulosic biomass through plant science. New Phytologist 2016, 209 (4), 1366–1381. DOI: https://doi.org/10.1111/nph.13684.

(7) Bissaro, B.; Eijsink, V. G. H. Lytic polysaccharide monooxygenases: enzymes for controlled and site-specific Fenton-like chemistry. Essays in biochemistry 2023. DOI: 10.1042/ebc20220250  From NLM.

(8) Chemin, M.; Kansou, K.; Cahier, K.; Grellier, M.; Grisel, S.; Novales, B.; Moreau, C.; Villares, A.; Berrin, J. G.; Cathala, B. Optimized Lytic Polysaccharide Monooxygenase Action Increases Fiber Accessibility and Fibrillation by Releasing Tension Stress in Cellulose Cotton Fibers. Biomacromolecules  2023, 24 (7), 3246–3255. DOI: 10.1021/acs.biomac.3c00303.

Formations et compétences recherchées

Nous recherchons un candidat avec initiative, créativité et capacité de travail d’équipe, avec un doctorat en chimie, physique ou biochimie. Une expertise en biomasse lignocellulosique sera fortement prise en compte, ainsi qu’en techniques de caractérisation en biopolymères (microscopies, FTIR, spectroscopie UV-vis, RMN, AE, etc.). La connaissance d’au moins un des sujets suivants sera appréciée : biopolymères, physico-chimie des biopolymères.

Votre qualité de vie à INRAE

En rejoignant INRAE, vous bénéficiez (selon le type de contrat et sa durée) :

-  jusqu'à 30 jours de congés + 15 RTT par an (pour un temps plein)
- d'un soutien à la parentalité : CESU garde d'enfants, prestations pour les loisirs ;
- de dispositifs de développement des compétences : formation, conseil en orientation professionnelle ;
- d'un accompagnement social : conseil et écoute, aides et prêts sociaux ;
- de prestations vacances et loisirs : chèque-vacances, hébergements à tarif préférentiel ;
- d'activités sportives et culturelles ;
- d'une restauration collective.

Modalités pour postuler

Envoyer un CV (2 pages) et une lettre de motivation à Céline Moreau (celine.moreau@inrae.fr) et Ana Villares (ana.villares@inrae.fr), avec le nom d’au moins une personne référente pour une éventuelle recommandation.