| Resumé |
La bioproduction est un domaine de la biotechnologie qui vise à obtenir des produits d'intérêt en utilisant des systèmes biologiques comme usine biochimique. Elle devrait devenir l'une des technologies industrielles les plus importantes pour la production durable au cours des années à venir. Lors des dernières décennies, les levures ont été largement utilisées comme système modèle pour la bioproduction, de protéines d'intérêt thérapeutique ou industriel notamment. Cependant, en dépit d'importants efforts de recherche pour élucider la biologie des voies de sécrétion des protéines recombinantes, l'ingénierie des souches et l'optimisation des bioprocédés pour adapter la demande de production avec les capacités sécrétrices des cellules reposent encore largement sur une approche d'essais et d'erreurs. D'importantes inconnues subsistent concernant les goulots d'étranglement qui limitent la sécrétion des protéines complexes. Ces lacunes sont souvent liées aux limitations technologiques de notre capacité à contrôler étroitement la demande de production de protéines et à effectuer des mesures de sécrétion en temps réel. Pendant mon doctorat, j'ai développé une petite collection de souches de levure, produisant des protéines de complexités sécrétoires différentes, et j'ai caractérisé la production et la sécrétion de protéines, ainsi que le stress cellulaire, pour différents niveaux de demande à l'aide d'optogénétique. J'ai utilisé une plateforme automatisée de bioréacteurs qui permet de suivre le processus de production par cytométrie à haute résolution temporelle et sur de longues périodes de temps. J'ai également développé une méthode simple et générique qui permet de prendre des mesures rapides des niveaux de sécrétion directement à partir de la culture cellulaire. En combinant les données expérimentales et des méthodes computationnelles, j'ai développé un modèle mathématique capable de prédire la compétition entre la dégradation active des protéines et la sécrétion le long de la voie sécrétoire. J'ai quantifié les niveaux de demande au-delà desquels la réponse au stress se déclenche, la croissance cesse, et la dégradation domine la sécrétion. J'ai également constaté que dans des conditions de forte demande, l'hétérogénéité de la population peut limiter, voire réduire, les quantités de protéines sécrétées. Ces résultats devraient contribuer à une meilleure compréhension de la voie sécrétoire et permettre de rationaliser l'optimisation de la bioproduction de protéines. |