Bioprocédés innovants pour la production de biosurfactants microbiens de nature lipopeptidique

PORTEE DU TRAVAIL
Les lipopeptides sont des biomolécules amphiphiles présentant des applications intéressantes dans de nombreux domaines tels que l'environnement, la détergence, l'agriculture et la médecine [1]. Ils sont composés d'une partie peptidique liée à une chaîne d'acide gras de longueur et d'isomérie variables. Bacillus sp. produit principalement trois familles de lipopeptides: les surfactines, les fengycines et les iturines. Ces molécules diffèrent par leur structure, leurs propriétés physico-chimiques et leurs activités biologiques. L’un des principaux verrous technologiques liés à la production de ces molécules est la gestion de la mousse qu’ils génèrent en cours de production. Par ailleurs, la synthèse de ces molécules dépend d’un mécanisme de régulation, appelé le quorum sensing, qui est activé dans des conditions de haute densité cellulaire et, en particulier, dans les cultures en biofilms.
OBJECTIFS
Différents procédés ont été développés prenant en compte deux critères : d’une part favoriser, contrôler ou empêcher la formation de mousse et d’autre part cultiver les cellules sous forme planctoniques ou sous forme de biofilm.
RESULTATS
Deux grandes approches ont été développées. Dans la première, un bioréacteur à débordement favorisant la formation de mousse a été mis au point. Dans ce type de procédé, le biosurfactant produit est extrait en continu par moussage (Fig. 1) [2]. Dans la seconde approche, l’objectif a été de réduire ou d’éviter la formation de mousse et de favoriser la formation de biofilm. Pour ce faire, quatre dispositifs différents on été élaborés : un réacteur à lit fluidisé inversé [3], un réacteur à disque [4], un réacteur à biofilm [5] et un contacteur membranaire air-liquide (Fig. 2) [6]. En comparant ces différents bioprocédés, deux paramètres principaux influençant clairement la production de lipopeptides ont été identifiés: la croissance en biofilm et le taux de transfert d'oxygène. Ce dernier influence fortement la synthèse des lipopeptides. A titre d’exemple, le tableau 1 montre que pour une souche capable de produire les deux familles de lipopeptides, fengycine et surfactine, le niveau de transfert d’oxygène permet d’orienter le métabolisme vers l’un de ces lipopeptides.
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Les avantages et inconvénients des différents procédés sont résumés dans le tableau 2. Un procédé permettant un taux de transfert d’oxygène plus élevé sera, par exemple, utilisé pour la production de surfactine. Une approche moléculaire innovante a été récemment développée au laboratoire pour favoriser la croissance en biofilm de Bacillus sp. Cette approche qui se base sur l’obtention de bactéries filamenteuses et productrices d’exopolymères (EPS), devrait permettre une meilleure adhésion des cellules au support et faciliter la purification des lipopeptides.