Utilisation du méthanol pour une production microbienne de PHB : quelques aspects physiologiques et biochimiques

Methanol utilization for a microbial production of poly-beta-hydroxybutyrate : some physiological and biochemical aspects

• Auteur / Autrice : Marc Daniel
• Direction : Jean-Michel Lebeault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés industriels
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biochimie

Sérine

Polymères -- Détérioration

Biopolymères

Bioaccumulation

Alcool déshydrogénase

Pseudomonas

Bactéries méthylotrophes

Méthanol

Mots clés libres

Poly-beta-hydroxybutyrate (PHB)

Résumé

Les bactéries capables à la fois d'utiliser le méthanol comme seule source de carbone et d'énergie et d'accumuler le poly-beta-hydroxybutyrate (PHB), sont essentiellement des bactéries méthylotrophes facultatives pigmentées en rose (BMFP), toutes assimilent le méthanol par la voie de la serine. Les conditions favorables à la culture de BMFP avec une densité cellulaire importante, ont été développées et, en raison de la toxicité du méthanol pour ces micro-organismes, une technique de batch alimenté automatique recherchée. Deux souches (Methylobacterium organophilum NCIB 11278 et Pseudomonas 135) présentant une vitesse spécifique de croissance élevée ont été plus particulièrement étudiées. Toutes deux n'accumulent pas de PHB en l'absence d'une quelconque limitation, en revanche, une limitation ou carence de la source d'azote et des carences en phosphate, magnésium sont capables d'induire l'accumulation du polyester. Chez M. Organophilum une sécrétion exocellulaire d'un polysaccharide intervient généralement de façon concomitante à l'accumulation de PHB. Les rendements de production de PHB, déterminés expérimentalement chez Pseudomonas 135 dans diverses conditions d'accumulation, sont bien inférieurs aux prévisions théoriques que nous avons pu établir. La suppression d'une quelconque limitation minérale en absence de méthanol conduit à une dégradation intracellulaire extrêmement rapide. Il semblerait que les enzymes impliquées dans ce métabolisme soient constitutives. L'une d'entre elles, la beta-hydroxybutyrate déshydrogénase, a été partiellement purifiée, les inhibitions qui l'affectent et les conséquences qui en résultent sur le plan de la régulation de la dégradation intracellulaire du polyester et la distribution des masses moléculaires ont été examinées. Enfin, l'intérêt du méthanol pour une production microbienne de PHB et les améliorations qui pourraient être apportées sont discutées.

Bacteria beeing able both to utilize methanol as sole source of carbon and energy and to accumulate poly-beta-hydroxybutyrate are essentially restricted to pink-pigmented facultative methylotrophic bacteria (PPFM), all of them assimilate methanol through the serine pathway. Favourable conditions for the culture of PPFM with a high cell density were set up and, owing to the toxicity of methanol for these micro-organisms an automatic fed-batch technique was designed. Two strains (Methylobacterium organophilum NCIB 11278 and Pseudomonas 135) exhibiting a high specific growth rate were studied in more detail. Both of them do not accumulate PHB under unrestricted growth conditions, however any limitation or complete starvation of the nitrogen source and starvations of either phosphate or magnesium result in the initiation of polyester accumulation. With M. Organophilum the concomitant exocellular excretion of a polysaccharide with PHB accumulation generally occurs. PHB yields experimentally determined with pseudomonas 135 under various accumulation conditions are much lower than theoretical predictions that we could established. The relaxation of any mineral starvation in the absence of methanol leads to a prompt intracellular degradation of the polymer. The enzymes involved in the metabolism seem to be constitutive. One of them, the beta-hydroxybutyrate dehydrogenase was partially purified, subsequently the relevant inhibitions, their consequences for the regulation of the intracellular degradation of the polyester and the distribution of the molecular weights were considered. Finally, the potentiality of methanol for a microbial production of PHB and the improvements which could be achieved are discussed.