Modulation des voies périphériques d’utilisation du glucose chez Pseudomonas putida mt-2 : étude cinétique, biochimique et énergétique de la croissance en bioréacteur aéré

Modulation of peripheral pathways of glucose utilization in Pseudomonas putida mt-2 : kinetic, biochemical and energetic study of aerobic growth in bioreactor

• Auteur / Autrice : Leith Latrach Tlemçani
• Direction : Daniel Barillier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologie agroalimentaire
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioénergétique

Métabolisme -- Régulation

Microorganismes -- Croissance

Glucose

Pseudomonas

Mots clés libres

Cinétique

Acide gluconique

Acide 2-cétogluconique

Polyhydroxyalkanoates

Métabolisme--Modèles

Résumé

Pseudomonas putida est une bactérie saprophyte non pathogène, très utilisée dans plusieurs applications biotechnologiques, en particulier dans le traitement de pollutions organiques. La croissance de P. Putida mt-2 a été étudiée en bioréacteur aéré sur un substrat peu onéreux, le glucose, comme unique source de carbone et d’énergie. Les cultures discontinues ont montré une forte production dans le milieu des acides gluconique et 2-cétogluconique, et une accumulation intracellulaire de polyhydroxyalcanoates (PHAs), corrélées à une croissance continue en trois phases successives. La croissance en bioréacteur discontinu puis continu a été finement caractérisée à travers un suivi complet des cinétiques, des comportements respiratoire et énergétique, et des activités enzymatiques. Après validation des données fluxométriques par les bilans matière et énergie, un modèle métabolique a été proposé. Celui-ci a permis de montrer que, malgré leur expression permanente en présence du glucose, les voies d’assimilation des trois substrats ne sont pas simultanément empreintées par le flux de carbone. Elles sont modulées par une régulation génétique complexe mais aussi par les besoins énergétiques globaux, l’oxydation membranaire du glucose en acides gluconique et 2-cétogluconique assurant un apport énergétique auxiliaire à la croissance. L’analyse de la répartition du flux de carbone sur les différentes voies biochimiques, en rapport avec les flux d’ATP générés ou consommés, a permis de déterminer le ratio P/O et YATP/X.

Pseudomonas putida is a saprophytic and non pathogenic bacterium commonly used in biotechnological applications, particularly in the treatment of organic pollutants. Growth of P. Putida mt-2 under aerobic conditions was investigated on a cheap substrate, glucose, as initial carbon and energy source. Batch cultures showed high production of gluconic and 2-ketogluconic acids in the medium, and an intracellular accumulation of polyhydroxyalkanoates (PHAs), correlated with a continuous growth in three successive phases. Growth in batch and continuous cultures was well characterized through the study of kinetics, respiratory and energetic data, and enzymatic activities. Fluxometric data were validated by matter and energy balances and a metabolic model was proposed. It showed that, despite the permanent expression of the different pathways in the presence of glucose, entering carbon flow does not result from simultaneous assimilation of the three substrates. In addition to a complex regulation on the genetic level, carbon assimilation is also modulated by the energetic needs. The conversion of glucose into gluconic and 2-ketogluconic acids through membrane oxidations ensures an auxiliary energetic contribution to growth. Regarding consumption / production fluxes of ATP, analysis of carbon distribution on the different metabolic pathways allowed the determination of P/O ratio and YATP/X.