Thèse soutenue

Effets des conditions de culture en milieu minéral sur la croissance de Priestia megaterium DSM 509 : étude comparative de stratégies de production à haute densité cellulaire
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Auteur / Autrice : Jean Coltin
Direction : Ridha Mosrati
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences agronomiques, biotechnologies agro-alimentaires
Date : Soutenance le 23/09/2022
Etablissement(s) : Normandie
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Aliments bioprocédés toxicologie environnements (Caen ; 2012-....)
établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Catherine Béal
Examinateurs / Examinatrices : Hayet Djelal, François Coutte, Caroline Gentric, David Corroler
Rapporteurs / Rapporteuses : Hayet Djelal, François Coutte

Résumé

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Priestia megaterium est une bactérie capable de produire de nombreuses molécules d'intérêt dont les Poly(3-HydroxyAlcanoate). P. megaterium DSM 509, décrite pour ses capacités à produire des PHA, a été utilisée dans ce travail comme modèle bactérien. D'une manière générale, l'amélioration des performances des procédés microbiens nécessitent une double optimisation : celle de l'état physiologique des cellules produites et celle de leur concentration. Par conséquent, l’obtention de hautes densités cellulaires (HDC) est un point clé à maitriser. Pour cela, le milieu de culture doit contenir en quantités adéquates l’ensemble des substrats et minéraux nécessaires à la croissance. De plus, les bactéries aérobies strictes, comme P. megaterium DSM 509, utilisent l’oxygène pour produire l'énergie nécessaire à leur développement. Ce gaz très faiblement soluble dans les milieux de culture, il doit y être transféré efficacement pour prévenir toute limitation par ce dernier. Ce travail s'est d'abord focalisé sur la formulation d'un milieu minéral dont la composition devra permettre d'atteindre des HDC. Pour cela, des milieux issus de la littérature ont été testés en Erlenmeyer. Le milieu qui a montré la densité cellulaire la plus élevée a été utilisé en fermenteur, ce test a révélé des carences en éléments traces. Des cultures ciblées, effectuées en fermenteur, ont permis de quantifier les besoins de la bactérie en minéraux et in fine, la formulation d'un milieu minéral pour atteindre 60 g L-1 de biomasse. Du fait de l'augmentation des densités cellulaires, les flux de consommation des substrats s'intensifient, il y a alors risque de limitation en oxygène ou en glucose. La relation entre la consommation de ces deux substrats a été étudiée. Il a été montré que si les besoins en oxygène deviennent supérieurs aux capacités de transfert alors une partie du flux de carbone absorbé est détourné vers la production d’acides, l'acide lactique principalement. D'autre part, lorsque le glucose devient limitant, P. megaterium DSM 509 s’engage dans un processus de sporulation et la croissance cellulaire s’arrête. Afin d’éviter ces phénomènes, plusieurs stratégies de conduite de cultures fed-batch ont été testées. Le meilleur résultat, 65,4 g L-1 de biomasse, a été obtenu en baissant la température de la culture de 30 °C à 19,3 °C sous aération par de l'air enrichi à 50 % d'oxygène. Dans ces conditions, aucune spore n’a été observée, une faible production d’acides est apparue tout à la fin de la culture.