Etude de la biodiversité bactérienne d'un biotope oléicole hypersalé et des voies biochimiques impliquées dans la transformation du tyrosol

Study of the bacterial biodiversity of a hypersaline olive-mill wastewater and study of biochemical pathways implied in the tyrosol transformation

• Auteur / Autrice : Pierre-Pol Liebgott
• Direction : Marc Labat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Microbiologie moléculaire et biotechnologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Provence. Section sciences

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés aromatiques

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Déchets industriels

Industrie et commerce

Olives

Résumé

Les effluents liquides qui sont composés d'un mélange de margines et d'eaux de saumures, sont rejetés par les industries oléicoles, et contribuent considérablement à la pollution environnementale du pourtour méditerranéen. Ils sont caractérisés par une forte DCO et des quantités significatives de composés phénoliques peu biodégradables, dont le plus représentatif est le tyrosol. L’objectif de ce travail était donc de comprendre les voies dégradatrices du tyrosol, via l'utilisation de microorganismes endogènes isolés de ces effluents. En utilisant la technique 'Single Strand Conformation Polymorphism' (SSCP), l'étude de la biodiversité a montré un profil de biotope hypersalé. Différents isolats bactériens halophiles, aérobies et anaérobies ont alors été obtenus grâce à un isolement classique ciblé. Deux d'entre eux, TYRC17 et HTB24, appartenant au genre Halomonas, ont été retenus pour leur capacité à transformer le tyrosol et le p-hydroxyphénylacétate (HPA), en molécules ortho-diphénoliques (3,4-dihydroxyphénylacétate ou DHPA et homogentisate ou HGA), connues comme des antioxydants potentiels. Cette étude nous a permis de mettre en évidence le métabolisme de dégradation du tyrosol, encore jamais décrit à ce jour. Ainsi, le tyrosol est oxydé via une aryle-déshydrogénase en HPA. Ce dernier est à son tour hydroxylé soit en HGA via une HPA 1-monooxygénase chez la souche TYRC17, soit en DHPA via une HPA 3- monooxygénase chez la souche HTB24. Ces composés ortho-diphénoliques sont alors clivés par des catécholdioxygénases, et enfin dégradés. En présence de métaux de transition comme ceux contenus dans les oligoéléments ajoutés, l’HGA se transforme abiotiquement en 2,5-dihydroxybenzaldehyde (gentisaldehyde), qui intervient dans la formation de la pyomélanine. Quant à la souche HTB24, elle produit de l’hydroxytyrosol par hydroxylation aspécifique du tyrosol, via l’HPA 3-monooxygénase qui a été induite par le HPA. De plus, l’analyse d'autres bactéries possédant cette enzyme, telles que P. Aeruginosa ou E. Coli, a confirmé qu’elles étaient aussi capables de transformer le tyrosol en hydroxytyrosol. Ces bioconversions originales ouvrent donc de fortes perspectives pour la bioremédiation de ces effluents fortement salés, mais aussi pour une production prometteuse de molécules antioxydantes à haute valeur ajoutée

The liquid effluents which are composed of a mixture of olive mill wastewater and brine waters, are rejected by olive industries, and contribute considerably to the environmental pollution of the Mediterranean area. They are characterized by a high DCO and significant quantities of recalcitrant phenolic compounds, of which the most representative is the tyrosol. The objective of this work was thus to understand the degradation pathways of the tyrosol, via the use of endogenous microorganisms isolated from these effluents. By using the technique ' Single Strand Conformation Polymorphism' (SSCP), the study of the biodiversity showed a profile of salted biotope. Various halophilous, aerobic and anaerobic bacterial isolates were then obtained through a targeted traditional insolation. Two of them, TYRC17 an HTB24, belonging to the Halomonas genus, were studied for their capacity to transform the tyrosol and p - hydroxyphenylacetate d (HPA), into orthodiphenolic molecules (3,4-dihydroxyphenylacetate or DHPA and homogentisate HGA), known as potential antioxydants. This study enabled us to highlight two degradation pathways of the tyrosol, never yet described to date. Thus, the tyrosol is oxidized via an aryl-dehydrogenase in HPA. This last is hydroxylated either in HGA via a HPA 1-monooxygenase from strain TYRC17, or in DHPA via a HPA 3-monooxygenase from strain HTB24. These ortho-diphenolic compounds are then cleaved by catechol-dioxygenases, and finally degraded. In the presence of transition metals, contained in the Widdel oligo-element solution, the HGA is transformed not biologically, into 2,5-dihydroxybenzaldehyde (gentisaldehyde) which is involved in the pyomelanin formation. Moreover, strain HTB24 is able to produce hydroxytyrosol by aspecific tyrosol hydroxylation, via the same HPA 3-monooxygenase, the latter being induced by the presence of HPA in the medium. Moreover, the study of other bacteria having this enzyme, such as Pseudomonas aeruginosa or Escherichia coli confirmed that they are also able to transform the tyrosol into hydroxytyrosol. These original bioconversions thus open great prospects for the bioremediation for these strongly salted effluents, but also for a promising production of antioxydant molecules with high added value