Optimisation de la bioconversion microbienne du glycérol en acide 3-hydroxypropionique par le contrôle du procédé en bioréacteur et l'utilisation de la cytométrie de flux
Résumé
L’utilisation de la biomasse pour la production d’intermédiaires chimiques a un rôle prépondérant dans la durabilité de notre développement. Dans ce contexte, la production de la molécule plateforme acide 3-hydroxypropionique (3-HP) par voie biotechnologique est étudiée afin de la substituer à celle de l’industrie pétrochimique. L'évaluation, la compréhension et la maîtrise de l'état physiologique des bactéries au cours des biotransformations constituent un des principaux leviers pour optimiser les bioprocédés. Dans ce but, nous avons mis en place des analyses cytométriques afin d’évaluer et de suivre la viabilité et la vitalité de la bactérie lactique, Lactobacillus reuteri, qui produit le 3-HP à partir de glycérol. Les rendements de conversion étant faible [1], toutes les étapes du procédé (croissance bactérienne, récolte des bactéries et bioconversion du glycérol en 3-HP) ont été revues, afin d’augmenter la production d’acide en prenant en compte l’état physiologique des cellules bactériennes. La viabilité est déterminée par une analyse biparamétrique, combinant deux marqueurs, la carboxyfluorescéine (cFDA) et l’iodure de propidium (IP). La vitalité est évaluée par la différence d'intensité de fluorescence des cellules préalablement marquées au cFDA entre deux instants. Cet écart de fluorescence est lié à la capacité d'excrétion du fluorochrome par la cellule, qui dépend de la disponibilité de l'ATP intracellulaire. Ces méthodes, basées sur l'utilisation de marqueurs fluorescents, offrent ainsi une lecture rapide et directe pour suivre l'évolution de l'état physiologique des cellules en continu. L'impact des paramètres physico-chimiques mis en oeuvre sur le rendement de production de la molécule d'intérêt a ainsi été évalué sur les trois étapes du procédé. L’énergie intracellulaire des bactéries au cours de la croissance a été augmentée, le protocole de récolte a été modifié afin d’améliorer l'état physiologique. Le travail d’optimisation de l’étape de bioconversion a montré que la durée de cette étape était un point important. Après 50h de bioconversion, nous avons réussi à obtenir 12,2g/L de 3-HP, représentant une augmentation d’un facteur 16 par rapport au début de l'étude.