Recherches actuelles

Dans le contexte de la bioéconomie et de l'usage raisonné des bioresources, les procédés biotechnologiques de conversion de la biomasse lignocellulosique (qui constitue le squelette des végétaux) sont encore trop peu efficaces. Mon projet de recherche vise donc à développer des approches originales pour permettre une meilleure compréhension de l'architecture des parois végétales (parois secondaires), avec l’objectif de modéliser ces parois en 3D, et de mettre en évidence puis de hiérarchiser les marqueurs chimiques et physiques de blocages à leur déstructuration contrôlée, phénomène appelé récalcitrance. La stratégie consiste à caractériser ces parois à différentes échelles spatiales (du mm au nm), en particulier en analysant leur accessibilité en mesurant la mobilité et les interactions de sondes fluorescentes de types chimiques ou biologiques (anticorps, enzymes ou CBM) dans des systèmes modèles contrôlés et des systèmes de parois natifs et pré-traités, par des techniques de microscopie confocale (FRAP, FRET) et d'imagerie 4D. L'ensemble des données obtenu est ensuite corrélé aux propriétés chimiques, physiques et spectrales des systèmes lignocellulosiques et à leur propension à être saccharifiés. Cette stratégie appliquée à des échantillons contrastés (espèces, tissus, prétraitement) permet de mettre en évidence les marqueurs limitant la saccharification et de proposer des solutions pour les atténuer.

Mots-clés

Bioraffinerie, biomasse lignocellulosique, prétraitement, enzyme, accessibilité, interaction, microscopie, spectroscopie, fluorescence, 4D, modélisation

Projets

Financement par France 2030 : coordinateur du projet FillingGaps (2023-2027), participants aux projets GalaxyBioProd (2023-2027), Amaretto (2023-2027), SmartCoupling (2025-2029), WallMat (2025-2029)

Financement par l'ANR : participant au projet LABEL (2023-2025), participant au projet BIOMOD (2019-2022), porteur du projet Lignoprog (2015-2018), responsable de tâche du projet Funlock (2014-2017)

Financement par le Carnot  3BCAR : participant au projet Ecodrop (2023-2024), porteur du projet DeepFluo (2024-2025)

Financement par INRAE / l'INRA : participant aux projets FluoFlax4D (2018-2019), Apsali (2013-2014), porteur du projet Mobiprot (2013-2014), participant au projet Enzydam (2011-2012)

Financement par la région Grand Est : participant au projet HyCGreen (2018-2022), plusieurs thèses financées

BPI : participation au projet Futurol (2009-2018)

Synchrotron SOLEIL : plusieurs projets sur les lignes DISCO, SMIS, PSYCHE

Carrière

Depuis 2021 - Directeur d'Unité, UMR FARE (Reims)

Depuis 2017 - Directeur de Recherche INRAE (DR2), UMR FARE

2014-2017 - Chargé de Recherche INRA (CR1), UMR FARE

2009-2014 - Chargé de Recherche INRA (CR2), UMR FARE

2007-2009 - Cadre de Recherche, METabolic EXplorer, Clermont-Ferrand - Développement de dosages enzymatiques et de protocoles de purification et de caractérisation d’enzymes dans le cadre de projets d’ingénierie métabolique pour l’obtention de composés chimiques par fermentation industrielle

2006-2007 - Chercheur post-doctorant, Universités de Marseille / INRA (UMR 1163 BCF) - Intégration de gènes codant pour de nouvelles cellulases et hémicellulases dans le génome de Trichoderma reesei

2005-2006 - Chercheur post-doctorant, Université de Nantes / CNRS (UMR 6204 U3B) et Université de Reims / INRA (UMR 614 FARE) - Relations structure/fonction du mouvement de boucles d’hémicellulases et d’accessibilité de substrats par le couplage modélisation/robotique moléculaire

Formation

2016 - Habilitation à Diriger des Recherches, Université de Reims Champagne-Ardenne - Explorons la Biomasse Lignocellulosique !

2001-2005 - Doctorat en Biochimie et Biologie Moléculaire, Université de Reims Champagne-Ardenne / INRA (UMR FARE) - Étude structure/fonction d’hémicellulases thermostables : la xylanase GH−11 et l’arabinofuranosidase GH−51 de Thermobacillus xylanilyticus

2004 - Boursier Marie-Curie (durant mon doctorat), The Danish University of Pharmaceutical Sciences, Copenhague (Danemark) - Cristallisation et cristallographie aux rayons X d’hémicellulases

2001 - Master de Physicochimie et qualité des bio-produits, Faculté des Sciences, Université de Nantes - Accessibilité de substrats glycosidiques à différentes glycosyl-hydrolases et glycosyl-transférases par modélisation moléculaire

2000 - Maîtrise de Chimie-biologie, IUP de Chimie-Biologie de Nantes - Analyse topographique d’α-amylases et arrimage de substrats amylacés par modélisation moléculaire

Domaines de compétences

Conception et caractérisation d'assemblages lignocellulosiques bio-inspirés
Préparation d'échantillons (broyage contrôlé, coupes fines de quelques µm) de biomasses variées (peuplier, épicéa, hêtre, blé, maïs, miscanthus) natifs et pré-traitées (hydrothermique, liquide ionique, acide dilué)
Conception et caractérisation de sondes fluorescentes
Utilisation de la microscopie confocale de fluorescence pour caractériser l'architecture (FLIM), la mobilité (FRAP) et les interactions (FRET) de sondes fluorescentes
Imagerie 3D & 4D (suivi de la structure des échantillons au cours de leur hydrolyse)
Biologie moléculaire des procaryotes et microbiologie des procaryotes/eucaryotes
Purification et caractérisation biochimique/enzymatique/biophysique de protéines recombinantes
Cristallogenèse, modélisation/dynamique/robotique moléculaires de protéines

Production scientifique

50 articles à comité de lecture, plus de 100 communications orales et posters dans des congrès nationaux et internationaux et 5 chapitres d'ouvrages.

Sélection d'articles (15) :

du Pasquier J, Paës G*, Perré P* (2023) Principal factors affecting the yield of dilute acid pretreatment of lignocellulosic biomass: A critical review. Bioresource Technol. 369, 128439. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128439

Leroy A, Devaux M-F, Fanuel M, Chauvet H, Durand S, Alvarado C, Habrant A, Sandt C, Rogniaux H, Paës G*, Guillon F* (2022) Real-time imaging of enzymatic degradation of pretreated maize internodes reveals different cell types have different profiles. Bioresource Technol. 353, 127140. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127140

Escamez S, Terryn C, Gandla ML, Yassin Z, Scheepers G, Näsholm T, Sundman O, Jönsson LJ, Lundberg-Felten J, Tuominen H, Niittylä T, Paës G (2021) Fluorescence Lifetime Imaging as an In Situ and Label-Free Readout for the Chemical Composition of Lignin. ACS Sus. Chem. Eng. 9, 17381-17392. http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c06780

Bourlieu C, Astruc T, Barbe S, Berrin J-G, Bonnin E, Boutrou R, Hugouvieux V, Le Feunteun S, Paës G* (2020) Enzymes to unravel bioproducts architecture. Biotechnol. Adv. 41, 107546. http://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2020.107546

Zoghlami A, Paës G* (2019) Lignocellulosic biomass: understanding recalcitrance and predicting hydrolysis. Front. Chem. 7. Open Access

Zoghlami A, Refahi Y, Terryn C, Paës G* (2019) Multimodal characterization of acid-pretreated poplar reveals spectral and structural parameters strongly correlate with saccharification. Bioresour. Technol. 293, 122015. DOI

Herbaut M, Zoghlami A, Habrant A, Falourd X, Foucat L, Chabbert B, Paës G* (2018) Multimodal analysis of pretreated biomass species highlights generic markers of lignocellulose recalcitrance. Biotech. Biofuels 11, 52. Open Access

Terryn C, Paës G*, Spriet C (2018) FRET-SLiM on native autofluorescence: a fast and reliable method to study interactions between fluorescent probes and lignin in plant cell wall. Plant Methods 14, 74. Open Access

Chabbert B, Habrant A, Herbaut M, Foulon L, Aguié-Béghin V, Garajova S, Grisel S, Bennati-Granier C, Gimbert-Herpoel I, Jamme F, Refregiers M, Sandt C, Berrin JG, Paës G (2017) Action of lytic polysaccharide monooxygenase on plant tissue is governed by cellular type. Scientific Reports 7, 17792. Open Access

Auxenfans T, Terryn C, Paës G* (2017) Seeing biomass recalcitrance through fluorescence. Scientific Reports 2017, 7, 8838. Open access

Auxenfans T, Crônier D, Chabbert B, Paës G* (2017) Understanding the structural and chemical changes of plant biomass following steam explosion pretreatment. Biotechnology for Biofuels, 10: 36. Open Access

Paës G*, Habrant A, Ossemond J, Chabbert B (2017) Exploring accessibility of pretreated poplar cell walls by measuring dynamics of fluorescent probes. Biotechnology for Biofuels 10: 15 Open Access

Fong M, Berrin JG, Paës G* (2016) Investigation of the binding properties of a multi-modular GH45 cellulase using bioinspired model assemblies. Biotechnology for Biofuels 9: 12 Open access

Paës G* (2014) Fluorescent probes for exploring plant cell wall deconstruction: a review. Molecules 19: 9380-9402 Open access

Paës G*, Burr S, Saab MB, Molinari M, Aguié-Béghin V and Chabbert B (2013) Modeling progression of fluorescent probes in bioinspired lignocellulosic assemblies. Biomacromolecules 14: 2196–2205 DOI

Paës G*, Berrin JG, Beaugrand J (2012) GH11 xylanases: structure/function/properties relationships and applications. Biotechnol. Adv. 30: 564-592 DOI

Encadrement de doctorants

Noah REMY (2024-2027). Spectroscopie de fluorescence multimodale de la lignine pour comprendre la récalcitrance de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-directrice : Annabelle Dejardin (BioForA), co-encadrante : Christine Terryn (PICT).

Anna KESTEL (2024-2027). Modélisation multi-échelle de la déconstruction des parois végétales. Co-encadrant, directeur de thèse : Grégoire Malandain (INRIA), co-encadrant : Yassin Refahi (FARE).

Solmaz HOSSEIN KHANI (2023-2026). Modélisation spatio-temporelle de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-encadrant : Yassin Refahi (FARE).

Edwige AUDIBERT (2022-2025). Relations structure-propriétés du bois prétraité par explo-sion à la vapeur en continu. Thèse CIFRE avec la société Européenne de Biomasse. Directeur de thèse, co-directrice : Caroline Rémond (FARE)

Julien DU PASQUIER (2021-2024). Modélisation multiéchelle du prétraitement par explosion à la vapeur de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-directeur : Patrick Perré (Chaire de Biotechnologie de CentraleSupélec) (3 publications)

Laurent CHAPILLON (2020-2023). Modélisation spatio temporelle de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-encadrant : Yassin Refahi (FARE)

Amandine LEROY (2018-2022). Approche multi-échelle du suivi dynamique de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-directrice : Fabienne Guillon (INRAE BIA, Nantes). Thèse soutenue le 16 février 2022 (3 publications)

Aya ZOGHLAMI (2016-2019). Techniques avancées de microscopie pour l’imagerie 4D de la déconstruction de la biomasse lignocellulosique. Directeur de thèse, co-encadrants : Christine Terryn (Université de Reims Champagne-Ardenne), Yassin Refahi (FARE). Thèse soutenue le 09 novembre 2019 (4 publications)

Eléonore LAMBERT (2015-2018). Apports de la Microscopie à Force Atomique à l’étude de phénomènes dynamiques en biologie et développement instrumental associé. Directeur de thèse : Michaël Molinari (Université de Reims Champagne-Ardenne). Encadrement sur un chapitre de thèse. Thèse soutenue le 20 décembre 2018 (2 publications)

Mickaël HERBAUT (2014-2017). Déconstruction de la biomasse lignocellulosique : corrélation entre la progression et l’activité enzymatiques. Directeur de thèse. Thèse soutenue le 13 octobre 2017 (5 publications)

Expertise

Expert pour le programme Horizon Europe (12 projets expertisés en 2019 et 2020)

Jury dans des comités de thèse, de concours et membre de CSI de thèses

Membre du bureau éditorial de Frontiers in Chemistry (Frontiers, depuis 2019)

Editeur associé de Biotechnology for Biofuels and Bioproducts (BMC, depuis 2023)

Editeur invité pour des numéraux spéciaux:

- From Biomass to Advanced Bio-Based Chemicals & Materials: A Multidisciplinary Perspective, in Frontiers in Chemistry (2019)

- Pretreatment of lignocellulosic biomass: established technologies and recent developments, in JoVE (2020)

- Lignocellulose: Properties, Characterization and Applications, in Polysaccharides (2021)

- Lignocellulosic Polymers: Fractionation and Characterization, in Polymers (2021)

- Biomass Steam Explosion Pretreatment for Bioproducts, in Frontiers in Chemistry (2021)

- Understanding Plant Cell Wall Recalcitrance for Efficient Lignocellulose Processing, in Frontiers in Chemistry (2022)

Reviewer: plus de 110 articles dans plus de 30 journaux différents

Responsabilités collectives

FARE : responsable du Groupe Communication (depuis 2012), animateur scientifique (2018-2020), membre du Groupe Informatique (2010-2020)

Département CEPIA de l'INRA puis Transform d'INRAE : coordinateur du Défi "Conception raisonnée de la qualité des aliments et des bioproduits" (2017-2020), animateur de l'Action "Caractériser des matières aux différentes échelles et aux différents stades de transformation" (2017-2020), membre élu du Conseil Scientifique (2016-2020), membre élu de la Commission Scientifique Spécialisée SIAMM (2016-2020), membre du groupe Communication (2013-2021).

Université de Reims Champagne-Ardenne : membre du comité scientifique de la plateforme d'imagerie PICT (depuis 2015), membre de la commission de l'école doctorale ABIES (2017-2019)

National : membre du bureau du Réseau Français des Parois (RFP) (depuis 2014), élu CFDT (2011-2014, 2015-2017) de la Commission Administrative Paritaire Nationale des Chargés de Recherche à l'INRA.

International : coordinateur du congrès "Exploring Lignocellulosic Biomass!" (ELB) organisé à Reims en 2016 et 2018, membre du management committee du COST « Waste biorefinery technologies for accelerating sustainable energy processes » (2021-2025), un des deux représentants pour la France