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Production d'enzymes protéolytiques par des bactéries non conventionnelles isolées de boues d'épuration municipales.

Chenel, Jean Philippe (2005). Production d'enzymes protéolytiques par des bactéries non conventionnelles isolées de boues d'épuration municipales. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 70 p.

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Résumé

Puisque la plupart des nouvelles technologies sont axées vers des considérations de plus en plus écologiques et environnementales, les divers organismes et industries doivent savoir s'adapter en ce sens. Le présent projet s'inscrit dans cette optique puisqu'il vise la production de protéases, la caractérisation de nouvelles bactéries non conventionnelles productrices de ces protéases et la détermination des meilleures conditions de fermentation des substrats synthétiques et résiduels (eaux usées, boues d'épuration). Ces protéases peuvent être utilisées dans l'industrie des détergents comme enzymes de lavage pour la machinerie, pour la vente commerciale ou dans les pâtes et papiers afin de remplacer les produits chimiques néfastes pour l'environnement. Les nouvelles méthodes de production de ces enzymes se doivent aussi d'être utilisables à plus faibles coûts que les méthodes conventionnelles. Un des défis de ce projet se situe à ce niveau. Normalement, la production de protéases à partir de souches bactériennes conventionnelles a un coût plus élevé que la production d'un produit chimique qui a la même efficacité. Puisque l'industrie n'est pas intéressée à un produit plus coûteux, il faut développer de nouvelles méthodes de production. Il est possible de produire les mêmes enzymes bactériennes mais à l'aide de souches non conventionnelles plus performantes. Il est aussi possible d'utiliser des milieux de culture alternatifs peu coûteux comme les boues d'épuration et les eaux usées de diverses sources. Le projet se divise en deux parties. Dans la première, il s'agit d'isoler des bactéries thermophiles (+ de 45°C) d'un mélange de trois boues d'épuration municipales et de déterminer la force des protéases thermostables produites par ces bactéries dans un milieu synthétique à base de farine de soya en fermenteurs de 151. Différents paramètres ont été testés afin d'optimiser la croissance bactérienne ainsi que la stabilité des enzymes. Dans un premier temps, des températures de fermentation de 40°C à 60°C ont été utilisées pour déterminer la température optimale de croissance des différentes souches. Dans ce cas, c'est une température de 50°C qui semble être l'optimum pour les trois souches productrices d'enzymes trouvées. Par la suite, des températures de stabilité des enzymes ont été testées. Dans la gamme de températures de 40°C à 70°C, 60°C semble être la température de stabilité optimale des différentes enzymes produites par les trois souches. Des mesures d'activités protéolytiques dans une solution de caséine ont été produites et ces activités, exprimées en Unités Internationales par millilitres (UI/ml), ont donné des valeurs de 2.40 UI/ml, 1.43 UI/ml et 5.25 UI/ml, respectivement, pour les trois souches nommées AC, B et D. Ces souches semblent appartenir aux genres Bordetella, Aeromonas et Enterobacter, des bactéries Gram-négatives non-sporulantes exclusivement. Ce projet trouvera suite dans l'utilisation de divers milieux alternatifs comme les boues d'épuration, ce qui devrait grandement augmenter la quantité de protéases produites par les bactéries. La deuxième partie de ce projet consiste à isoler des bactéries mésophiles (25°C - 35°C) de boues d'épuration municipales et de leur faire produire des enzymes dans différents milieux comme le milieu synthétique à base de farine de soya, les eaux usées de l'industrie d'amidon et les boues d'épuration de la Ville de Québec. Une température de culture de 30°C en fioles Erlenmeyers a permis de sélectionner deux souches bactériennes Gram-positives qui possédaient le meilleur potentiel pour la production de protéases. Ces bactéries sont du genre Bacillus; des expériences plus approfondies seraient nécessaires afin d'en déterminer l'espèce. Les expériences ont permis de découvrir que les différentes souches produisaient les enzymes différemment dépendant du type de milieu utilisé pour leur culture. En effet, les niveaux atteints diffèrent et les graphiques tendent à montrer que les bactéries produisent plusieurs types d'enzymes durant une même fermentation dans le même milieu. Les courbes sont sous forme de vagues, ce qui donne différents optimums de quantité d'enzymes produites durant toute la durée de la fermentation. La souche S1 semble pouvoir produire deux enzymes durant une fermentation de 72 heures et les niveaux peuvent atteindre jusqu'à 0.6 UI/ml dans le milieu d'amidon. La souche S5, quant à elle, produit jusqu'à trois enzymes pendant les 72 heures de fermentation et les niveaux peuvent atteindre 1.A UI/ml dans le milieu d'amidon. L'optimisation des paramètres de culture pourrait améliorer la puissance de ces enzymes. La production d'enzymes à des niveaux satisfaisants pour l'industrie pourrait mener à une révolution complète des méthodes industrielles pour la production et l'utilisation de ces enzymes. L'utilisation de milieux alternatifs et de souches non conventionnelles à plus fort potentiel protéolytique permettrait de faire des économies importantes en plus de préserver l'équilibre écologique précaire de la planète. En effet, l'utilisation d'eaux usées et de boues d'épuration comme milieu de culture constitue un coût plus faible pour l'industrie puisque les stations d'épuration municipales ou industrielles paient pour se débarrasser de ces rejets. De plus, l'utilisation d'enzymes microbiennes permet le remplacement des produits chimiques utilisés dans les industries (blanchiment du papier) ou à la maison (solutions nettoyantes à base de produits chimiques) ce qui empêche le rejet dans l'environnement de substances chimiques néfastes.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Tyagi, Rajeshwar Dayal
Mots-clés libres: enzymes protéolytiques; bactéries; boues d'épuration; municipales; mésophiles; thermophiles
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 20 nov. 2012 14:26
Dernière modification: 12 nov. 2015 16:37
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/399

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