Repère: SESSION 1997 Durée - CRDP de l`académie de Montpellier

Ce document a été numérisé par le CRDP de Bordeaux pour la
Base Nationale des Sujets d’Examens de l’enseignement professionnel.
Campagne 2012
Ce fichier numérique ne peut être reproduit, représenté, adapté ou traduit sans autorisation.
BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR
BIOANALYSES ET CONTRÔLES
fe
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
SESSION 2012
______
ss
io
n
ne
l
ÉPREUVE E3 – UNITÉ U32
MICROBIOLOGIE ET TECHNOLOGIES D’ANALYSE
Durée : 3 heures
Coefficient : 3
______
Matériel autorisé :
io
na
- Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices programmables,
alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur fonctionnement soit autonome et
qu’il ne soit pas fait usage d’imprimante (Circulaire n°99-186, 16/11/1999)
Ba
se
N
at
Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu’il est complet.
Le sujet se compose de 8 pages, numérotées de 1/8 à 8/8.
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 1/8
PRODUCTION INDUSTRIELLE D’INSECTICIDE PAR
BACILLUS THURINGIENSIS
Bacillus thuringiensis, bactérie appartenant naturellement à la flore du sol, possède la capacité de tuer des
insectes. Cet effet pathogène est dû aux cristaux protéiques que la bactérie synthétise lors de la sporulation.
Ingérés par l’insecte, ces cristaux libèrent des toxines qui détruisent les cellules de son tube digestif, provoquant
rapidement un arrêt de sa consommation alimentaire puis sa mort. Il existe de nombreuses variétés de Bacillus
thuringiensis, chacune n’étant toxique que pour un nombre limité d’insectes. Il en résulte le bioinsecticide le plus
utilisé dans le monde actuellement.
CARACTÉRISTIQUES DE BACILLUS THURINGIENSIS (18 points)
ne
l
Bacillus thuringiensis est une bactérie insecticide à Gram positif capable de sporuler.
ss
io
n
1 - Structure et comportement environnemental de B. thuringiensis (12 points)
1.1 - En se basant sur des caractères structuraux, justifier la coloration différentielle des bactéries dans la
technique de Gram.
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
fe
1.2 - La sporulation a été bien étudiée chez Bacillus thuringiensis et Bacillus cereus.
1.2.1 - Reporter sur la copie les numéros 1 à 8 du document 1 et donner les légendes correspondantes.
1.2.2 – Proposer une méthode de coloration des spores bactériennes.
1.2.3 - La thermorésistance est une propriété des spores bactériennes des Bacillus. Quelles sont les
structures et propriétés physico-chimiques de la spore à l’origine de cette propriété ?
1.2.4 - Indiquer les conditions environnementales amenant une forme bactérienne végétative à sporuler.
2 - Systématique bactérienne (6 points)
La principale différence phénotypique entre Bacillus thuringiensis et Bacillus cereus est la production d’un ou
plusieurs cristaux à propriétés insecticides. Par ailleurs, de récentes études moléculaires ont montré que ces
bactéries pouvaient être considérées comme une seule et même espèce.
2.1 - Quelles études moléculaires permettent de remettre en question la taxonomie phénotypique ?
2.2 - Une classification des Bacillus thuringiensis en différents sérotypes est basée sur la présence de
déterminants antigéniques flagellaires. Rappeler le principe d’une telle détermination sérotypique.
io
na
OPTIMISATION D’UN PROCÉDÉ DE FERMENTATION INDUSTRIEL (42 points)
se
N
at
Afin d’améliorer les rendements de production de bioinsecticide, plusieurs pistes sont envisagées, notamment
le développement de nouveaux fermenteurs. Historiquement, les cultures en batch de B. thuringiensis ont été
conduites. Afin de réduire les coûts de production liés notamment au milieu de culture utilisé, différentes
alternatives sont testées : choix différentiels du milieu de culture et du procédé de fermentation.
Ba
3 - Évaluation de procédés de culture en milieu liquide (36 points)
Dans le cadre de la lutte contre Spodoptera littoralis, ver parasite des cultures de coton, une étude comparative
cherche à distinguer le mode de production le plus efficace et rentable. La chronologie et les étapes de cette
étude sont résumées dans le document 2.
3.1 - Choix du milieu de culture (17 points)
Six milieux de culture différents (numérotés de 1 à 6) sont testés lors d’une culture de B. thuringiensis en
batch.
3.1.1 - Quel contrôle fondamental doit être réalisé sur la préculture avant ensemencement du
fermenteur ?
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 2/8
3.1.2 - Justifier la supplémentation du milieu de préculture en extrait de levure.
3.1.3 - Qu’est-ce qu’une peptone en bactériologie ? Préciser son intérêt nutritionnel.
3.1.4 - D’après les conditions expérimentales de la culture, préciser le type respiratoire probable de
Bacillus thuringiensis.
3.1.5 - Préciser pour chacun de ces milieux de culture la(les) source(s) de carbone utilisable(s). En
déduire les deux milieux les plus riches de ce point de vue.
3.1.6 - Le document 3 présente les résultats obtenus avec chacun des milieux.
- Analyser les graphes.
- Conclure quant au choix des milieux les mieux adaptés à la production de bioinsecticide.
- Corréler le choix final du milieu en tenant compte d’un critère économique.
ss
io
n
leur formation. Pourquoi est-il nécessaire de les limiter ?
ne
l
3.2 - Choix du procédé de fermentation (19 points)
3.2.1 - Schématiser un fermenteur de type batch.
3.2.2 - Des mousses apparaissent fréquemment au cours d’une fermentation en bioréacteur. Expliquer
une culture en fed-batch.
fe
3.2.3 - Indiquer la différence fondamentale entre une culture en batch et une culture en fed-batch.
3.2.4 - Analyser l’allure des courbes présentées dans le document 4. En déduire l’intérêt d’envisager
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
3.2.5 - Le document 5 présente les résultats en culture fed-batch.
3.2.5.1 - Calculer le débit d’apport de mélasse en g de mélasse par litre de milieu par heure.
3.2.5.2 - Montrer l’intérêt d’adapter le procédé de fermentation pour la production de
bioinsecticide.
4 - Évaluation d’un nouveau procédé de culture en milieu solide (6 points)
Spodoptera frugiperda est un ver parasite qui infecte les cultures de maïs. Il est détruit in situ par Bacillus
thuringiensis tolworthi. Cette observation est à l’origine d’une nouvelle stratégie qui utilise la fermentation en
milieu solide. À cette fin, du riz humide stérile contenu dans des sacs en polypropylène est ensemencé à l’aide
d’une préculture de Bacillus thuringiensis tolworthi cultivée en incubateur à agitation (paramètres 30°C, 15h,
150 rpm). Une fois scellés, les sacs sont incubés à 30°C durant 4 jours. Un suivi de la production de spores est
entrepris. Les résultats sont présentés dans le document 6.
4.1 - Sur quel principe repose le dénombrement des spores ?
Ba
se
N
at
io
na
4.2 - Définir puis déterminer en justifiant la démarche les paramètres cinétiques µexpo et G de la croissance.
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 3/8
DOCUMENT 1 :
ss
io
n
ne
l
MORPHOLOGIE D’UNE SPORE BACTÉRIENNE
1
3
4
5
6
7
Ba
se
N
at
io
na
8
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
fe
2
Coupe de spore de Bacillus cereus
observée en microscopie électronique (C Faille)
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 4/8
DOCUMENT 2 :
OPTIMISATION DE LA PRODUCTION DE B.THURINGIENSIS
EN CULTURE BATCH ET FED-BATCH
Isolement de B. thuringiensis UBF16 à partir de
différents prélèvements environnementaux
ss
io
n
ne
l
Obtention d’une pré-culture de 250 mL en fiole d’Erlenmeyer
de B. thuringiensis UBF16 en milieu nutritif ordinaire
supplémenté en extrait de levure
fe
Culture de B. thuringiensis UBF16 sur 6 milieux
différents (voir tableau ci-dessous)
Culture en batch sur 6
milieux différents
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
Culture en fed-batch sur 6
milieux différents
- mesure de la biomasse
- mesure du taux de sporulation
- mesure de la toxicité
Conditions opératoires
Expérimentation de la culture en batch :
Paramètres initiaux identiques à la culture en batch avec apport de
mélasse à 20 g/L au débit de 2,5 mL/L/h
(arrêt apport après 40 heures)
io
na
inoculation 1% v/v
volume de travail 2 L
stérilisation du milieu in situ
température de culture 30°C
agitation : 200 rpm
saturation O2 : 20%
agent anti-mousse
milieu de culture testé
at
-
Expérimentation de la culture en fed-batch :
se
N
Composition des milieux de culture testés
Ba
milieu
Milieu 1 : LB
Milieu 2 : T3
Milieu 3
Milieu 4
Milieu 5
Milieu 6
Composition (g.L-1)
Glucose (1) – yeast extract (5) – casein (10) – NaCl (5) – pH 7
Tryptone (3) – tryptose (2) – yeast extract (1,5) – MnCl2 (0,005) – pH 6,8
Tryptose (20) – glucose (2) – NaCl (5) – Na2HPO4 (2,5)
Peptone (3) – beef extract (5) – yeast extract (0,5) – MnCl2 (0,006) – CaCl2 (0,08) – MgCl2 (0,7)
Peptone (10) – beef extract (10) – NaCl (5)
Fodder* yeast (40) – molasses** (15) – K2HPO4 (1) – MgSO4, 7 H2O
* fourragère
** mélasses
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 5/8
DOCUMENT 3 :
PRODUCTION DE B. THURINGIENSIS EN CULTURE BATCH :
CHOIX D’UN MILIEU DE CULTURE
cell
wieght
Celldry
dry weight
9
fe
8
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
7
6
5
4
3
2
io
na
1
0
Med 1 Med 2 Med 3 Med 4 Med 5 Med 6
se
N
at
7
ne
ss
io
n
Toxicity
Toxicity
l
Spore count
Spore
count
7
Cell weight(g/L)
dry weight (g/L)
sporecount(CFU
count (CFU x x
1010
) & )toxicity
cell dry
&&spor
& toxicity (% x 10)
B. thuringiensis UBF 16
Ba
Cell dry weight and spore count of B. thuringiensis UBF 16 strains and its toxicity against
cotton leafworm* after 72 h incubation on different media at 30 °C using shake flask as a batch culture.
* cotton leafworm : chenille de la noctuelle du coton.
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 6/8
DOCUMENT 4 :
SUIVI D’UNE FERMENTATION EN BATCH
14
10
Cell dry w eight
(g/L)
8
pH
ss
io
n
6
ne
l
sugar concentration
(g/L)
Toxicity (% x 10)
fe
4
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
Cell dry weight & sugar & pH & Toxicity
12
2
0
0
20
40
60
80
100
Incubation tim e (hours)
Growth of B. thuringiensis UBF16 on fodder yeast-molasses, consumed sugar, pH and toxicity during 72h at 30°C
using bioreactor as a batch culture.
DOCUMENT 5 :
SUIVI D’UNE FERMENTATION EN FED-BATCH
18
io
na
at
14
Cell dry w eight
(g/L)
se
N
12
10
sugar
concentration (g/L)
Ba
Cell dry weight & sugar & pH & Toxicity
16
8
pH
6
Toxicity (% x 10)
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Incubation tim e (hours)
Growth of B. thuringiensis UBF16, consumed sugar, pH and toxicity (%) on fodder yeast-molasses medium using
bioreactor as a fed-batch culture at 2.5 mL.L-1.h-1 continuous addition rate of molasses.
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 7/8
DOCUMENT 6 :
le
de
R l'
és E
ea ns
u eig
SC ne
ER me
EN nt
Pr
o
fe
ln CFU.g-1
ss
io
n
ne
l
FERMENTATION DE BACILLUS THURINGIENSIS TOLWORTHI (Btt)
EN MILIEU SOLIDE
Fermentation time (h)
Ba
se
N
at
io
na
Spore-count during Btt growth by solidsubstrate fermentation on rice.
BTS BIOANALYSES ET CONTRÔLES
Nom de l’épreuve : Microbiologie et technologies d’analyse
Code : BAE3MT
Session 2012
Page : 8/8