Multiscale NMR analysis of the microalgae metabolism
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Abstract EN:
Microalgae-based bioprocesses are well-known for several major applications such as production of lipids as precursors of biofuel. Nowadays, most of these green technologies are not mature enough leading to high production costs. This is the reason why they are actively developed by a substantial bioprocess community. At the interface between biology and processes, this community is not necessarily familiar with NMR spectroscopy which is a powerful structural and quantitative analytical tool. The goal of this thesis is to evaluate the potential of multi-scale NMR approaches for the development of microalgaebased bioprocesses. Two distinct but complementary research axes were developed: i) high-field NMR spectroscopy for the quantification of lipid extracts showed a great aptitude for lipid class identification without physical separation. Original pulse sequences for quantification were evaluated, opening new routes that should be further explored to become applicable in routine. These approaches offer an alternative to existing analytical methods for the study of lipid metabolism. ii) the use of benchtop NMR for the online, noninvasive and real-time monitoring of intracellular lipids in microalgae cultures which is almost impossible with other analytical techniques. This approach opens new perspectives for the optimization of microalgaebased bioprocesses.
Abstract FR:
Les bio-procédés à base de microalgues sont reconnus pour des applications majeures comme la production de lipides précurseurs de biocarburant. Aujourd'hui la plupart de ces technologies vertes ne sont pas suffisamment matures en raison de coûts de production importants et sont pour cela activement développées par une importante communauté de bio-procédés. A l'interface entre la biologie et les procédés, cette communauté n'est pas familière avec la spectroscopie RMN, outil puissant d'analyse structurale et quantitative. L'objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel d’approches RMN multiéchelles pour le développement des bio-procédés à base de microalgues. Deux axes de recherche distincts mais complémentaires ont été développés : 1) la RMN à haut champ magnétique pour la quantification d'extraits lipidiques a montré une excellente faculté à identifier les classes lipidiques sans séparation physique de celles ci. Des séquences d'impulsions originales pour la quantification ont été évaluées, et des pistes ont qui devront être explorées ont été dégagées pour rendre l'analyse compatible en conditions de routine. Ces approches offrent une alternative pertinente aux méthodes analytiques existantes pour l'étude du métabolisme lipidique. 2) l'utilisation de la RMN de paillasse pour le suivi en ligne, non invasif et en temps réel des lipides intracellulaires dans des cultures de micro-algues, difficilement réalisable avec une autre technique d'analyse. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives pour le contrôle et l'optimisation des bio-procédés à base de micro-algues.