Mise en évidence de l'impact de l'environnement extracellulaire généré au sein des bioréacteurs sur la dynamique des populations microbiennes: cas de la culture fed-batch d'Escherichia coli

Escherichia coli BL21 est un micro-organisme couramment utilisé en industrie pour la production de protéines recombinantes. Les performances obtenues au niveau du laboratoire ne sont pas reproductibles à grande échelle. En effet, l’opération de mélange n’est plus aussi efficace : lors des cultures fed-batch, des gradients de glucose et d’oxygène apparaissent. Les effets de ces gradients ont pu être étudiés en utilisant des réacteurs scale-down. Ils permettent de représenter les conditions hydrodynamiques des réacteurs industriels. Le système choisi comprend un réacteur parfaitement mélangé et une section non agitée, entre lesquels le débit de recirculation est maintenu constant. Deux types de parties non agitées ont été utilisés pour provoquer des conditions hydrodynamiques différentes : l’une présente un écoulement dispersé tandis que l’autre présente un écoulement piston. La régulation de l’ajout du glucose a été effectuée en fonction du taux en oxygène dissous. Les paramètres suivis sont l’évolution des concentrations en biomasse, en glucose et en acétate, la viabilité cellulaire et la production d’une protéine recombinante. D’autres paramètres sont calculés afin de rendre compte de la dynamique fed-batch du processus. Il a ainsi été montré qu’il est possible d’étudier, grâce à un calcul basé sur l’enregistrement du taux en oxygène dissous, le manque en glucose. Celui-ci s’est d’ailleurs révélé déterminant sur la dynamique fed-batch du système. Par ailleurs, les effets du seul excès de glucose ont été étudiés sur Escherichia coli BL21. Ceux-ci sont une réduction du taux maximal de croissance et un endommagement cellulaire. Une régulation par équation de l’ajout de la solution fed-batch est aussi proposée. Elle permet de réduire les gradients de glucose dans la partie non agitée du système. Dans la seconde partie de ce travail, une modélisation des gradients de glucose présents dans les différents types de réacteurs est exposée et mise en relation avec les données expérimentales.