Optimisation de la production de biosurfactants dans des bioréacteurs à biofilm en utilisant des bactéries génétiquement modifiées ayant des capacités d’adhérence améliorées

La bactérie du sol à Gram positif Bacillus subtilis est un producteur potentiel d'un biosurfactant très puissant appelé « surfactine » [1]. Ce biosurfactant présente des nombreux avantages environnementaux puisque la surfactine est biodégradable et moins toxique que les composés chimiques [2]. Dans le domaine des produits phytosanitaires, la surfactine est un agent de biocontrôle très prometteur car elle est capable d'induire une résistance systémique chez les plantes [1]. En outre, en raison de ses propriétés moussantes et
émulsionnantes exceptionnelles, la surfactine trouve de nombreuses applications dans différents secteurs industriels [1].
La production industrielle de surfactine dans des réacteurs à cuve agitée classique implique le pénible contrôle de la formation excessive de mousse [3]. Les bioréacteurs à biofilm sont des systèmes alternatifs sans bulle et ainsi mieux adaptés et plus efficaces pour la production de biosurfactants. La formation de mousse peut être évitée tout en permettant un transfert de masse air/liquide élevé [2], [4]–[6]. Ceci est un paramètre très important car un taux d’aération élevé est nécessaire pour une bonne productivité de surfactine par B. subtilis [7]. Cependant, vu que la formation de biofilm est un phénomène très hétérogène, le contrôle de la colonisation cellulaire sur le support du réacteur reste un défi.
La souche de laboratoire B. subtilis 168 a comme avantage d’être très facile à cultiver et à manipuler génétiquement. Toutefois, cette souche possède des très faibles capacités d'adhérence cellulaire, ce qui rend la fixation des cellules par immobilisation naturelle, c’est-à-dire par la formation d’un biofilm sur le support du bioréacteur, difficile. Ici, des souches de B. subtilis 168 génétiquement modifiées ont été testées afin d’identifier les souches avec les meilleures capacités de colonisation pour obtenir un procédé plus robuste et stable.
Les capacités d'adhésion cellulaire des mutants de B. subtilis 168 ont été améliorées grâce à la restauration de la production des exopolysaccharides pour la matrice du biofilm et l'induction d’une filamentation cellulaire par génie génétique. Le but de ce changement supplémentaire de la forme cellulaire est de promouvoir l’étape initiale d’adhérence cellulaire suivie par la colonisation du support et de réduire par la suite le détachement cellulaire dans des conditions de stress. Les capacités d’adhérence des cellules ont été analysées au moyen d’un réacteur à biofilm à écoulement goutte à goutte. Les mutants avec les meilleures performances ont ensuite été sélectionnés pour la culture dans un bioréacteur à biofilm à film tombant. Ce dispositif contient une garniture métallique structurée offrant une très grande surface spécifique pour l'immobilisation des cellules.
Les mutants produisant une matrice de biofilm ont montré une capacité d'adhérence cellulaire considérablement améliorée par rapport à la souche de contrôle. Par conséquent, il en résulte une productivité augmentée en surfactine. La filamentation cellulaire semblait diminuer le détachement dans des conditions de stress ce qui mène à une colonisation et un procédé plus stables.