Production sélective de lipopeptides par Bacillus subtilis en bioréacteur à membrane : du génie moléculaire au génie des procédés

Selective production of lipopeptide by Bacillus subtilis in membrane bioreactor

• Auteur / Autrice : François Coutte
• Direction : Philippe Jacques, Pascal Dhulster
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des Fonctions Biologiques
• Date : Soutenance le 25/09/2009
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séparation par membranes

Microorganismes -- Biotechnologie

Antifongiques

Surfactants microbiens

Synthèse (chimie)

Lipopeptides

Réacteurs à membrane

Bioréacteurs

Amélioration génétique

Bacillus subtilis

Mots clés libres

Contacteur air/liquide

Résumé

Bacillus subtilis produit grâce à un mécanisme non-ribosomique trois types de lipopeptides, possédant de nombreuses activités biologiques : les iturines, les surfactines et les fengycines ou plipastatines. La synthèse de ces molécules est le plus souvent soumise à une régulation complexe. Par ailleurs, leurs propriétés tensioactives rendent la production de ces lipopeptides en bioréacteur aéré difficile à cause d’une formation massive de mousse, empêchant leur production à grande échelle. Les travaux effectués reposent sur deux approches pour l’optimisation de la production des lipopeptides de B. subtilis. D’un côté, la mise au point d’un procédé innovant, basé sur la technologie du bioréacteur à contacteur à membrane air/liquide (bioréacteur sans bulles), pour la production de lipopeptides sans la formation de mousse. Les performances de ce bioréacteur à membrane, ont permis par la suite l’élaboration d’un procédé intégré multimembranaire pour la production, l’extraction et la purification en continu des lipopeptides de B. subtilis. D’un autre côté, une optimisation génétique de la production de surfactine a été entreprise pour se libérer de la régulation complexe de la synthèse de ce lipopeptide et obtenir une souche, dérivée de B. subtilis 168, uniquement productrice de surfactine, BBG131. Les différents mutants obtenus dans le cadre de cette optimisation génétique ont également permis de démontrer le caractère soit synergique soit antagoniste de la co-production de la surfactine et de la plipastatine sur les propriétés biologiques de B. subtilis. Par ailleurs, l’exploitation du mutant BBG131 dans le procédé intégré mis au point précèdemment a permis la production, l’extraction et la purification de plusieurs dizaines de grammes de surfactine, laissant entrevoir la faisabilité de ce procédé intégré à l’échelle industrielle

Bacillus subtilis produces up to three families of lipopeptides through a non-ribosomal mechanism, i.e., iturins, surfactins and fengycins or plipastatins. These molecules show a broad range of biological properties.Their biosynthesis is most often subject to complex regulation. In addition, the surface properties of these molecules make the production of the lipopeptide in an aerated bioreactor difficult because of the foaming, rendering difficult their large-scale production. This work was based on two approaches to optimize the production of the lipopeptide. On the one hand, an innovative process based on the technology of membrane bioreactor was developed for the production of lipopeptide to circumvant the massive foaming problem. For the first time, different bubbleless bioreactors were used for lipopeptide production by B. subtilis using hollow fiber membranes as air-liquid contactor. The performance of this bubbleless bioreactor enabled us to conduct a study of the lipopeptide production in a bubbleless bioreactor coupled with a continuous lipopeptide membrane extraction. On the other hand, a genetic optimization of the production of surfactin was undertaken to release its synthesis from a complex regulation and to obtain a single surfactin producer strain derived from B. subtilis 168, named BBG131. The different mutant strains obtained in this genetic optimisation process allow us to demonstrate some synergistic or antagonistic effect of surfactin and fengycin co-production on biological properties of Bacillus subtilis. Furthermore, the use of BBG131 in the integrated process previously developed led to the production, extraction and purification of several tens of grams of surfactin, pointing out the feasibility of this integrated process at the industrial scale