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Introduction à la microbiologie industrielle

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Ministère de l’enseignement supérieur et de la rechercher scientifique
Université Telidji Amar – Laghouat
Faculté des sciences et de l’ingénieur
Département de biologie
Complément des cours de microbiologie industrielle destiné aux
étudiants de la cinquième année génie biologique
Introduction à la microbiologie industrielle
Par M. Y. Goudjal
2005 / 2006
Cours de Microbiologie industrielle réalisé par Y. Goudjal
-1-
MICROBIOLOGIE INDUSTRIELLE.
Généralités.
Les microorganismes au service de l'homme : Des ouvriers qualifiés mis en
œuvre selon des processus génimicrobiologiques, en l’échelle industrielle, afin
d’assurer une biosynthèse et/ou une bioconversion.
¾ Domaines d’activité de la microbiologie industrielle
– agro-alimentaire (agents de saveurs, émulsifiants, fermentations alcoolique,
lactique…)
– production d'énergie (éthanol, méthane, hydrogène,…)
– production de solvants (acétone, butanol,…)
– environnement (bioremédiation des sols pollués, épuration biologique de
'eau, forage pétrolier, extraction de minerais ou biolixiviation,…)
– agriculture, horticulture…(vecteur pour la production d’OGM, herbicides,
insecticides, hormone végétales - gibbérellines… )
– biologie moléculaire (production d'enzymes de restriction,…)
–
industrie pharmaceutique (antibiotiques, vitamines, acides aminés,
insuline, hormone de croissance, hydrocortisone, interféron beta-1b,…et de
nombreux autres produits du groupes des antitumoraux, immunosuppresseurs,
anti-inflammatoires,…)
¾ Intérêts de l’utilisation des microorganismes
• Coût plus faible que les procédés par voie chimique :
– catalyse enzymatique,…
• Faisabilité
– synthèse et biotransformations (ex : prostaglandines, stéroïdes) de
certaines molécules ne peuvent se faire que par voie microbienne
– spécificité de la réaction
– stéréospécificité …
• Sécurité accrue
– absence de virus (sida, hépatite B) ou prion ex : cas de transmission de
la maladie de Creutzfeldt Jacob par hormones de croissance extraites
de l’hypophyse de cadavres contaminés.
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¾ Cellule bactérienne : produits microbien d’intérêt industriel
• Une fois le micro-organisme recherché obtenu, la formation des produits
désirés dépend de la mise en culture du microorganisme.
• L'utilisation des micro-organismes en biotechnologie moderne est donc basée
sur les principes de la culture en masse. Implique alors :
– la gestion des procédés de culture microbienne
– la connaissance des facteurs limitants la croissance microbienne.
Fig. 01 – Représentation schématique des produits microbiens d’intérêt
industriel.
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1 – Croissance microbienne.
1.1 – Modélisation de la croissance.
—> croissance des populations microbiennes = augmentation de la population
microbienne.
—> Accroissement du nombre de cellules selon une progression géométrique
d'ordre 2
X = biomasse
G = temps de génération moyen d'une population.
n = nombre de génération
t= temps de culture
- Expression mathématique de la croissance microbienne
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• µ = 1/X
• dX/dt
– correspond donc à la vitesse de croissance rapportée à l'unité de
biomasse soit µ = rxt/Xt
– rxt = vitesse de croissance au temps t. [unité de biomasse × h-1 × unité de
biomasse -1]
• µ (h-1) est un paramètre de la culture, il est fonction de la souche
bactérienne et des conditions de culture.
• En dehors de la phase exponentielle, la vitesse spécifique de croissance
varie, traduisant des états physiologiques différents. Le phénomène de
croissance cellulaire comporte en effet plusieurs phases.
1.2 – La courbe de croissance microbienne
Fig. 02 – Courbe de croissance des microorganismes en milieu non renouvelé.
Un milieu de culture est ensemencé par une suspension microbienne, la
variation de la biomasse (X) est suivie en fonction du temps.
1.3. Effet de la concentration en substrat
• Au cours de la phase exponentielle de croissance, bien que la composition du
milieu de culture varie énormément, le taux de croissance µ reste constant.
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¾ Effet de la concentration en substrat sur la croissance (µ)
– µ est fonction de la concentration en nutriment limitant seulement dans une
gamme de concentration très faible.
– S = substrat limitant (celui qui règle la vitesse des synthèses et le rythme
des divisions).
• La connaissance de ces paramètres est indispensable pour mener
correctement une culture bactérienne
– prédire les cinétiques de production de biomasse (=masse de l'ensemble des
cellules bactériennes)
– connaître les concentrations minimales en substrat nécessaires à une
croissance maximale,…
– nécessiter parfois de faire travailler les cellules à des µ spécifiques de la
molécule à produire.
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2 – Besoins nutritifs.
2.1 – Eléments de constitution.
• C, O, H, N, P et S éléments majeurs
• Éléments de constitution des molécules biologiques (protéines, glucides,
acides nucléiques, …) liés entre eux par des liaisons covalentes.
• formule chimique de la biomasse bactérienne :
• C5H7O2 NP0,03
• ou encore (C5H7O2N0,75P0,05S0,025)
• Besoins nutritifs essentiels en C, N et P = 3 éléments essentiels et
nécessaire en grande quantité pour les cellules afin d’assurer la formation de
nouvelles structures cellulaires
- Formes assimilables des éléments majeurs : C, N, P, S
( Les besoins en O et H sont satisfaits en général avec la source de carbone
(ex : glucose = C6H12O6 ), par l ’eau ou la source d ’azote).
• Carbone :
– Le carbone = besoin fondamental, constituant de base de toute structure
organique
– Environ 50% de la masse cellulaire sèche = carbone.
– Organismes hétérotrophes: besoin en carbone organique : Glucose, Acides
aminés, acétate, fructose, lipides, protéines, polysaccharides, glycérol,…
– (autotrophes: carbone inorganique : CO2, HCO3-)
• Azote : Principalement incorporé sous trois formes:
– NH4+ (ammonium) : Forme principale d ’assimilation de l ’azote. Peut aussi
l’être sous forme d ’acides aminés. Toutes les bactéries sont en principe
capables d ’assimiler l’azote sous cette forme. Mais attention aux effets
répresseurs des formes facilement assimilables sur la synthèse
d’antibiotiques, d’enzymes…
– NO3-, NO2- (nitrate, nitrite) : Concerne un nombre plus restreint de
microorganismes. Forme + oxydée donc plus coûteuse à assimiler ( nécessite
une dépense d ’électrons pour réduire cette forme en ammonium). Toxicité
des nitrites.
NO3- + 8e- —> NH4+
– N2 (azote moléculaire) : Assimilation exclusivement connue chez les
bactéries. Source inépuisable d ’azote mais très coûteuse en énergie.
Concerne des groupes très spécifiques de micro-organismes ( Rhizobium,…).
1/2N2 + 4e- —> NH4+
Demande une énergie d ’activation très élevée.
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- Besoins en N : environ 14% de la masse cellulaire sèche = azote
• Phosphore : essentiellement sous forme de phosphates (PO43-; HPO42 ;
H2PO4- ; H3PO4) ou polyphosphates.
– Besoins en P : 1 - 3% de la masse cellulaire sèche = phosphore.
• Soufre :
– Sous forme réduite, —SH ou —S— apporté par les AA soufrés (cystéine et
méthionine) et les vitamines soufrés (biotine) = source préférentielle
d’assimilation du soufre.
– H2S, dans les environnements réducteurs (milieux anaérobies).
– SO4-, sulfates. Forme coûteuse en énergie mais la plus abondante.
– Besoins en S : < 1% de la masse cellulaire sèche = soufre
• Eléments « mineurs » et oligoéléments
• Essentiellement des cations, ne sont pas liés aux autres molécules par des
liaisons covalentes (l. électrostatiques,…).
• K+ (principal cation, cofacteur), Fe2+ (cytochromes), Ca2+ et Mg2+
(thermorésistance, cofacteurs, stabilité membranaire,…), Mn2+, Co2+ (pour
vitamine B12), Zn2+, Cu2+, Mo2+, Ni+, …
• besoins:
– classiquement du ng au mg / L mais les besoins peuvent être spécifiques pour
la synthèse d’antibiotiques (10 à 100 fois les besoins en Fe et Mn et Zn requis
pour la croissance)
• Facteurs de croissance
—> Constituants indispensables à la croissance en très faible dose (0,1 - 1
mg/L). Souvent les microorganismes possèdent les voies métaboliques
permettant leur synthèse = prototrophes ( ex : Escherichia coli).
– Acides aminés essentiels (Glu, Lys, Arg, Trp, Tyr)
– Bases puriques et pyrimidiques
– Vitamines (en général : cofacteur ou précurseur de cofacteurs
enzymatiques).
—> Leur présence dans le milieu facilite la croissance des microorganismes
prototrophes, elles est indispensable pour les auxotrophes.
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2.2. Besoins énergétiques
Hétéroorganotrophes : composés organiques = source de carbone et d’énergie
- Utilisation de l'énergie cellulaire
• Énergie nécessaire à la croissance et aux divisions cellulaires
• Énergie d'entretien ou de maintenance : énergie utilisée pour d'autres voies
que la production de biomasse. En principe, représente une constante.
– mobilité cellulaire
– assimilation, transport des nutriments
– réparation
–…
• Énergie nécessaire à la synthèse des protéines recombinantes = énergie
détournée, dissociée de la croissance.
- Conversions énergétiques
• Principe des conversions énergétiques: dégradation des molécules à haut
potentiel énergétique couplée avec la production d'adénosine triphosphate
(ATP) = catabolisme.
• Deux mécanismes de base de production de l'ATP :
– phosphorylation au niveau du substrat—> fermentation
– phosphorylation oxydative—> respiration
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2.2.1 – phosphorylation au niveau du substrat et fermentation
- Schéma des fermentations (cellule bactérienne)
Métabolisme
cerevisiae)
anaérobie
(ex :
fermentation
alcoolique
Saccharomyces.
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Métabolisme anaérobie (fermentation) et énergie de maintenance
2.2.2. Phosphorylation oxydative et respiration
Respiration = processus générant de l'ATP qui implique le transfert
d'électrons au travers d'un système de transport d'électrons et de protons.
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Fig. – Schéma de la respiration cellulaire.
- Métabolisme respiratoire (aérobie)(ex : E. coli sur glucose)
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- Métabolisme aérobie.
- Respirations et fermentations
• Rendement ATP: fermentations << respirations
– A production égale d’ATP, plus de substrat est métabolisé lors des
fermentations que lors de la respiration.
• Selon les conditions environnementales la respiration ou la fermentation est
empruntée.
– Levures, E. coli,…possèdent les deux voies
– Bacillus,… uniquement fermentation
– Pseudomonas : uniquement respiration
• (NB : respiration peut être aérobie ou anaérobie, ex. respiration des
nitrates)
2.3. Milieux de culture industriels
• La bonne formulation du milieu repose sur le choix de la source de carbone,
d'azote, de vitamines ou d'oligoéléments, mais surtout leur équilibre.
• L'accumulation des produits spécifiques à de nombreuses fermentations est
contrôlée par des paramètres nutritifs : concentration en vitamines, la
disponibilité en nutriments azotés ou carbonés ou encore par l'état de
croissance de la culture,… ce qui impose donc une connaissance parfaite de ces
interactions pour optimiser le procédé.
• Contraintes légales (interdiction d’utiliser des produits animaux par principe
de précaution, flux d’oxygène limités,…)
• La matière brute du milieu de culture, par son coût, influence la
compétitivité économique du procédé.
•…
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- Matières brutes couramment utilisées :
• Sources de carbone et d'énergie:
– mélasses
– petit lait
– grains de céréales
– déchets agricoles,…
• Sources d'azote
– farine de soja
– déchets d'abattoir
– vinasses
– ammoniaque et sels d'ammoniaque,…
• Vitamines
– préparations brutes de produits végétaux et animaux,…
• Fer et oligoéléments
– dérivés chimiques inorganiques bruts,…
• Antimousses
– alcools supérieurs
– silicones
– esters naturels
– saindoux et huiles végétales,…
• Tampons de pH
– craie, carbonates bruts
– phosphates pour engrais
2.4. Environnement physique
Contrôle précis :
• de l'agitation
• de l'oxygénation
– critique en culture aérobie, tenir compte des coefficients de transferts
gaz, liquide, de la viscosité du milieu (milieu visqueux souvent observé en
croissance mycélienne,…)
– croissance floconneuse des mycètes qui modifie l'efficacité du transfert
• de la température
• du pH
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3. Production des métabolites et molécules d’intérêt
3.1. Métabolites primaires et métabolites secondaires.
• Les produits microbiens qui intéressent l'industrie sont :
– des métabolites primaires : associés à la synthèse des cellules microbiennes.
Ils sont impliqués dans la phase de croissance (AA, nucléotides, produits de
fermentation, enzymes,…). Les voies de biosynthèse sont en général simples.
– des métabolites secondaires : ne sont pas indispensables au développement
de l’organisme. Synthétisés dans des conditions particulières, s'accumulent
pendant la période suivant la phase de croissance active et n'ont pas de
relation directe avec la synthèse des matières cellulaires et la croissance
normale (antibiotiques et toxines). Voies de biosynthèse complexes et longues.
Spécifique à une espèce voire à une souche microbienne.
- Production des métabolites primaires et secondaires au cours de la
croissance
Fig. – production de métabolites primaires et secondaires au cours de la
croissance.
Les phases de la croissance doivent donc être parfaitement maîtrisées pour
optimiser la production des métabolites d'intérêt.
3.2. Stratégie globale de production
• Produits associés à la production d’énergie :
– Conditions optimales : celles qui vont conduire à la production maximale du
produit recherché associé à une production faible de biomasse = conversion
optimale de la source de carbone en produit.
Ex : produits de fermentation.
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• Produits associés à la biomasse : rechercher les conditions de production
maximale de cellules.
• Produits inductibles (protéines recombinantes) : leur production est
dépendante de l’induction du gène correspondant (fusionné avec un promoteur
inductible : tac, Trp,…).
3. Principales familles de produits en microbiologie industrielle.
3.1. Métabolites primaires
3.1.1. Acides aminées : à l’aide de mutants dérégulés
– Cas général : produits par perturbation des systèmes de production :
accumulation intracellulaire. L'intérêt de production par voie bactérienne est
la stéréospécificité de l'AA obtenu (on obtient uniquement des acides aminés
L).
– Acide glutamique : formé par amination de l’acide. cétoglutarique (αKG) (du
cycle de Krebs) avec utilisation de C. glutamicum, fermentation en présence
d'un excès de NH3, la souche a perdu la capacité à former le succinate à
partir de l’αKG ; en outre, carence en biotine et ajout d'AG permettent
d'augmenter la perméabilité membranaire.
– Synthèse ou bioconversion d’AA essentiels ou non : Asp, Ala, Arg, Citrulline,
Cys, DOPA (dihydrophénylalanine, par Erwinia herbocola), Gln, His, ornithine,
Phe, Pro, Ser, Thr, Trp, Val, Tyr, Ile, Leu.
3.1.2. Vitamines : Produits souvent intracellulaires.
• Vitamine B12 (cyanocobalamine), seule source de production par culture
microbienne (Streptomyces olivaceus, Propionobacterium shermanii, P.
denitrificans).
• Vitamine B2 (riboflavine) par Ashbya gossypii & Eremothecium ashbyi).
• ß-carotène précurseur vitamine A, par Blakeslea trispora,…
• Ergosterol, a-tocophérol (vit. A), acide ascorbique (vit. C)…
3.1.3. Polysaccharides
• Production spécifique par des microorganismes dont le polymère est extrait.
Peut nécessiter la culture en conditions spécifiques (induction de la synthèse
par carence d’un élément, par culture anaérobie, en phase stationnaire,…).
• Xanthane, alginate, PHB polyhydroxybutyrate (dans les plastiques
biodégradables), caraghénanes et agar (algues rouges), cellulose, chitosane,
dextrane, gellane, pullulane,…
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3.1.4.Divers
• Acides organiques : ac. Acetiques (anaerobie, Clostridium thermoaceticum:
35 g/L, fed-batch), ac. Citrique ( Aspergillus niger,…), ac. Lactique, ac.
Gluconique,…
• Alcools et solvants : acétone (
dihydroxyacétone, polyols, butanol, éthanol,…
Clostridium
acetobutylicum),
• Carburant : éthanol (80% de la production mondiale est produite par
fermentation, à partir de cellulose, glucose, amidon), méthane (par
décomposition anaérobie de la matière organique) et d’autres hydrocarbures.
• Lipides (sphingolipides: cosmétologie,…)
3.2. Métabolites secondaires
3.2.1. Antibiotiques
• Produits en particulier par les actinomycètes ( Streptomyces) et par des
mycètes filamenteux.
• Avec souvent des souches améliorées par mutation ou génie génétique
(transfert du gène de résistance à l'AB permettant une hyperproduction sans
inhibition).
• La production a lieu au cours de la phase stationnaire de croissance, excepté
pour les tétracyclines.
• + concentrations en sels minéraux (Fe, Mn, Zn) 10 à 100 X supérieures à
celles requises pour la croissance.
• point crucial : contrôle du milieu.
• Les conditions optimales requises pour la production des antibiotiques ne
sont pas nécessairement identiques à celles permettant une bonne
croissance !
• Exemple de la pénicilline : La production de pénicilline par Penicillum
chrysogenum nécessite un ajustement soigneux de la composition du milieu, de
l’air et de l’agitation. En présence de lactose ou d’amidon et avec limitation en
azote, la pénicilline s'accumule.
Le maintien du pH proche de la neutralité assure plus de stabilité à
l'antibiotique. Une source facilement assimilable de carbone exerce une action
négative sur la biosynthèse. Avec le glucose les rendements en antibiotiques
sont faibles. C'est néanmoins possible en réacteur de type fed-batch avec un
contrôle fin de la concentration en glucose.
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3.2.2. Produits pharmacologiquement actifs, pesticides,…
• Alcaloïdes
• Analgésiques
• Anti-inflammatoires
• Antitumoraux
• Immunodépresseurs
• Toxines (toxine botulique,…)
•…
• Pesticides : nématicides, fongicides, insecticides (protoxine par Bacillus
thuringiensis),…
3.3. Enzymes
• Endo ou exocellulaires. Les exoenzymes seront plus faciles à extraire…
• Leur synthèse est souvent inductible par le substrat, sensible au pH, les
sources de carbone et/ou d’azote peuvent influer sur leur synthèse.
– Une bonne connaissance des conditions de production est donc nécessaire
pour une production optimale.
• Recherche des souches ou production de mutants permettant une production
maximale de l’enzyme recherchée (absence de répression dans leur
synthèse,…), associée à une production minimale de sous produits (toxines,
antibiotiques, pigments, protéases,…).
• Applications : analyses, agro-alimentaire, synthèses, génie génétique,
industries diverses, domaine de la santé…
Ex : catalase
3.4. Biotransformations
• = réaction chimique catalysée par une enzyme (la réaction correspondante
par voie abiotique est souvent impossible ou difficile).
• Concerne la synthèse d’acides aminés, d’antibiotiques, de vitamines,
d’hormones (stéroïdes), de prostaglandines.
• Très souvent il s'agit de simple bioconversion à partir d'un composé naturel
ou obtenu par synthèse chimique.
Ex: biotransformation de bases purique et de thymidine en ribothymine (5méthyluridine), procédé à l’origine de l’AZT (3’azido-3’ désoxythimidine) par
Erwinia carotovora.
4. Production de molécules étrangères par des cellules transformées
L’utilisation de micro-organismes transformés permet de produire des
substances thérapeutiques jusqu’alors impossibles à synthétiser :
– hormone de croissance humaine ou bovine par E. coli
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– Insuline humaine par E. coli
– Interférons humains par E. coliet B. subtilis
– Stéroides : hydrocortisone récemment obtenu par utilisation d'un panel de
souches de levures transformées (Ménard Szczebara, Chandelier et al. , 2003,
Nature Biotechnol.) et à partir de glucose.
– Leptine (hormone protéique associée à l’obésité) par E. coli
–…
4.1. Cellules transformées
• Principe général : clonage d’un gène d’une protéine désirée dans un plasmide
multicopies sous contrôle d’un promoteur fortement inductible (ex promoteur
de l’opéron lactose, trp,…).
• Objectifs :
– Produire une grande quantité de protéines,
– Pouvoir déclencher la synthèse au moment voulu (ex. : selon la phase de
croissance, température donnée,…).
Fig. – Etapes d’obtention de cellules transformées
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• Contraintes:
- Extraction/Sécrétion : les protéines se trouvent généralement sous forme
de corps d’inclusion (agrégat de protéines). Forcer la sécrétion en greffant
une séquence signale spécifique de protéine extracellulaire.
- Protéolyse : greffer une séquence protéique reconnue par la cellule pour
éviter la protéolyse par le système de reconnaissance de la cellule.
- Purification
- Pas de modification post-traductionnelles (pas de maturation de l'ARNm),
- Solubilisation, renaturation.
La production d’une grande quantité de protéines est possible. Mais elle est
généralement associée à une faible croissance, le stress provoqué conduit
très rapidement à un arrêt de la croissance
Une croissance sous forme filamenteuse des cellules peut alors se produire,
traduisant une inhibition de la segmentation. Cette absence de segmentation
est liée à une sous-expression des gènes impliqués dans la division cellulaire.
Exemple : E. coli transformée pour produire l’IGF-I (insuline like)
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5 – Conduite des bioréacteurs
5.1. Bioréacteurs - Définition : un bioréacteur est une enceintes
permettant la culture de tout type de cellules (animale, végétale, levures,
moisissure, bactéries) et répondant à des critères de conception permettant
d'influer efficacement sur la culture, de contrôler et piloter les paramètres
physiques et chimiques (T°C, aération, pH, substrats,…). Ils doivent
permettrent une stérilisation facile et un maintien de l'asepsie pendant toute
la durée de la culture. Et être caractérisés par une résistance mécanique et
chimique aux contraintes liées à la culture de microorganismes : surpression,
corrosion,…
• Matériel en verre (vol. <10 L).
• matériel en inox (Vol. de 2L à 100 000 L).
Fig. – Représentation schématique d’un bioréacteur.
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5.2.Culture discontinue ("batch") ou « fermé »
• Inoculum + milieu et on laisse se dérouler la culture dans un fermenteur
parfaitement mélangé.
• Le volume reste donc constant.
• La biomasse augmente selon la courbe de croissance microbienne.
• Le substrat S est consommé et le produit P attendu apparaît.
Tous les composés se trouvent dans le milieu de culture au départ, on
n'intervient plus sur la composition du milieu.
Fig. – Paramètres d’un bioréacteur
.
- Fermentation discontinue ("batch")
L'évolution de la biomasse suit la relation :
Rx= vitesse de croissance cellulaire
Productivité souvent faible (quantité de produit L-1 h-1), elle dépend surtout
de la taille de l'inoculum, qui souvent est faible, et conduit à des phases de
latence longues. Le démarrage de la culture, associé au temps nécessaire à la
remise en service du réacteur (lavage, stérilisation,…) est donc souvent le
facteur limitant.
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5.3. Fermentation discontinue alimentée ("fed batch")
• La fermentation est initiée dans un plus faible volume (pied de cuve). Donc
pour une même taille d'inoculum, la fermentation va démarrer plus vite.
• Lorsque la culture est en phase exponentielle de croissance, le milieu stérile
est introduit dans la cuve. Le débit est réglé de sorte à ce que, par exemple,
[X] ou [S] soit constant dans la cuve
Fig. – Représentation schématique d’un fermenteur alimenté discontinu (fed
batch)
• Lorsque la cuve est remplie, on coupe l'alimentation, la culture évolue alors
conformément à la courbe de croissance discontinue.
• Technique très utilisée en pratique:
– gain de temps et de productivité
– possibilité de travailler à µ max.
– possibilité de modifier la composition du milieu durant l'opération.
- Permet d'orienter si nécessaire le métabolisme de la souche et de
stimuler la production de métabolites après avoir favorisé la croissance.
– possibilité d'augmenter la concentration en substrat à des valeurs qui
seraient inhibitrices si on devait les appliquer en batch en début de
croissance.
– ex; utilisation de glucose pour la production de pénicilline théoriquement
inhibiteur à de fortes concentrations).
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5.4. Fermentation continue (en réacteur parfaitement mélangé)
• La suspension microbienne est homogène en tout point de la cuve.
• Initiation par une phase de croissance discontinue.
• Ouverture des pompes,
• Lorsque le système est à l'équilibre, tous les paramètres sont constants.
• Le débit Q, dont dépend D, détermine µ et X (densité bactérienne) selon les
relations qui relient µ à S et µ à X.
Fig. – Représentation schématique d’un fermenteur en continu.
D = taux de dilution, soit le taux auquel est ajouté le milieu par unité de temps
= Q/V (t-1).
- Modélisation mathématique de la croissance en chémostat (réacteur
continu) :
A l'état stable (équilibre), dX/dt = 0 et donc µ = D.
Qté de cellules produites = qté de cellules perdues
Si µ > D —> X
Si µ < D —> X
Le chémostat ne peut pas fonctionner pour D > µ max.
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A l'équilibre, quel est l'effet d'une augmentation du débit (Q) sur µ et sur la
biomasse [X] ?
Fig. – Effet de l’augmentation du débit sur la biomasse.
Le taux de perte en biomasse entraîne un ajustement du taux de croissance
pour retourner à un équilibre.
- Variations de S et X en fonction de D
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5.4. Fermentation continue
• Productivité en biomasse est plus élevée qu'en discontinue ou semidiscontinu
(volume utile de la cuve mieux utilisé, cuve n'est pas vidée, nettoyée,
stérilisé…)
• Problèmes de contamination d'un tel système difficile à maintenir, biofilms,
mutations,…
• Outil intéressant pour l'étude des cinétiques microbiennes
– calcul de µ max et des Ks.
– effet de la modification du milieu sur la physiologie et sur la suspension
bactérienne.
– possibilité de maintenir la culture à un µ donné
– le débit et la concentration en nutriments fixent la vitesse spécifique
de croissance.
5.5. Autres systèmes :
– Réacteur flux piston
– Culture avec recyclage
– Systèmes immobilisés,…
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