Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Resilience and the cultural landscape : the case of the Lower Ninth Ward after Hurricane Katrina

Le but de cette recherche est d’évaluer l’importance du paysage culturel dans la résilience des communautés urbaines post-catastrophes. Ce travail se concentre sur le quartier du Lower Ninth Ward dans la ville de La Nouvelle-Orléans (États-Unis) après le passage de l’ouragan Katrina en 2005. Les catastrophes naturelles prennent une envergure et causent des dommages considérables lorsqu’elles touchent des villes. La reconstruction post -désastre est donc très dispendieuse pour les villes et les gouvernements, d’autant que certaines régions sont dévastées au point qu’elles doivent être reconstruites au complet. Cependant, le coût le plus lourd à assumer reste celui en vies humaines et si rebâtir les éléments concrets d’une ville est une tâche difficile à entreprendre, reconstruire une communauté est considérablement plus complexe. Dans le but de comprendre une telle démarche, cette recherche se concentre sur les éléments intangibles, comme l’attachement au lieu et les réseaux sociaux, dont une communauté a besoin pour se reconstituer de façon durable et résiliente. Le concept de résilience est très contesté dans la littérature et plusieurs chercheurs se sont essayés à le mesurer. Cette recherche adopte une perspective critique sur le concept et le revisite d’un point de vue holistique pour mettre en lumière sa complexité. Cette démarche permet de remettre en question l’importance de mesurer un concept finalement en perpétuelle redéfinition dans le temps et selon les échelles géographiques. De plus, en établissant une relation entre résilience et paysage culturel, il a été possible de mieux comprendre la complexité de la résilience. Touchant à plusieurs disciplines (architecture de paysage, urbanisme et sociologie), cette recherche utilise une méthodologie qui reflète son aspect multidisciplinaire : les méthodes mixtes. Ces dernières permettent la collecte de données quantitatives et qualitatives qui produisent une vue globale de la situation post-Katrina à travers le regroupement de recensions statistiques, d’observations de terrain et d’articles de journaux. Parallèlement, des entretiens ont été réalisés avec des résidents du quartier ainsi qu’avec des professionnels pour mieux comprendre les différents points de vue. Cette méthodologie a permis de produire des résultats au niveau du cas d’étude autant qu’au niveau théorique. La recherche valide l’importance de prendre en compte le paysage culturel dans les situations post-catastrophes, (en particulier) dans la mesure où il s’agit d’un élément souvent négligé par les urbanistes et les acteurs locaux. En effet, les éléments constitutifs du paysage culturel tels que l’attachement au lieu et les réseaux sociaux, participent d’un sentiment d'appartenance (« home ») et d’une volonté, pour les résidents, de reconstruire leurs habitations, leur communauté ainsi que leur quartier. Toutefois, il faut reconnaître que ces éléments ne suffisent pas à retrouver ce qu’ils ont perdu. Ainsi, l’étude du paysage culturel permet non seulement de mieux comprendre la complexité de la résilience, mais démontre également que cette dernière est une construction sociale.