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La régulation et l’optimisation de la production des rhamnolipides chez Burkholderia glumae

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Nickzad, Arvin (2016). La régulation et l’optimisation de la production des rhamnolipides chez Burkholderia glumae Thèse. Québec, Université du Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Doctorat en biologie, 125 p.

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Résumé

Les rhamnolipides sont des glycolipides d'origine microbienne qui possèdent des propriétés tensioactives et qui sont principalement produits par la bactérie Pseudomonas aeruginosa. En raison de leurs propriétés spécifiques, de leur faible toxicité et de leur biodégradabilité élevée, ils sont considérés comme étant les biosurfactants qui présentent le potentiel le plus élevé pour devenir la prochaine génération de surfactants biologiques à être introduite sur le marché. Néanmoins, la faisabilité économique de la production à l'échelle commerciale de ces glycolipides est limitée, notamment l'insuffisance de la productivité, les coûts élevés de matières premières et de récupération post-production. Par ailleurs, la principale bactérie productrice des rhamnolipides, P. aeruginosa est un pathogène opportuniste chez les humains, responsable de nombreuses infections nosocomiales, ce qui non seulement peut conduire à des coûts de production plus élevés, mais peut aussi provoquer une certaine réticence des consommateurs vis-à-vis de produits contenant des rhamnolipides. Donc, pour surmonter tous ces problèmes, l’utilisation d’espèces non-pathogènes s’avère être une stratégie prometteuse.

Ainsi, dans cette thèse, la production des rhamnolipides et leur fonctionnement chez Burkholderia glumae, un phytopathogène inoffensif pour l’Homme, que des travaux antérieurs avaient révélé possédant une excellente capacité à produire des rhamnolipides, ont été étudiées.

De ce fait, des objectifs de recherches s’inscrivaient dans une approche classique visant à améliorer la production des rhamnolipides en procédant à l'optimisation des composants des milieux nutritifs comme, par exemple, les sources de carbone et d’azote. Cependant, puisque leur production est génétiquement contrôlée par des systèmes de régulation très complexes, il était essentiel d’élucider, initialement, les mécanismes de régulation de la biosynthèse de ces biosurfactants chez cette espèce bactérienne.

Pour ce faire, nous avons tout d’abord étudié la régulation des rhamnolipides chez B. glumae. Nous avons montré que le « quorum sensing » (QS) régule la biosynthèse des rhamnolipides chez B. glumae. De plus, nous avons aussi démontré que les rhamnolipides sont essentiels à la motilité de type « swarming » et de ce fait, le QS contrôle le « swarming » par la régulation de la production des rhamnolipides.

Dans un deuxième temps, nous avons démontré que la régulation des rhamnolipides par le QS n’est pas absolue et qu’elle est corrélée avec le taux de croissance. Nous avons trouvé que la diminution de la concentration d’éléments nutritifs mène à une induction de l'expression des gènes requis pour la production de rhamnolipides suggérant une corrélation inverse avec le taux de croissance de la bactérie. Nos résultats démontrent que dans des conditions de taux de croissance ralenties, le QS est le principal mécanisme responsable de la régulation de rhamnolipides. Cette découverte soulève la question de la signification adaptative du QS dans la régulation de facteurs extracellulaires dont bénéficient tous les membres d’un groupe (« bien public »). Nos résultats impliquent que la régulation des rhamnolipides par le QS chez B. glumae est associée aux conditions de croissance ralentie et la signification adaptative du QS est vraisemblablement de promouvoir la motilité de type « swarming » dans des conditions nutritives limitées comme un mécanisme de dispersion qui permet de trouver de nouvelles niches.

Finalement, dans le cadre d’optimisation du milieu de culture pour l’amélioration de la production des rhamnolipides chez B. glumae, le criblage des sources d'azote et de carbone pour l’utilisation dans un milieu minéral a été effectué. L’urée et le mannitol ont été choisis comme étant les meilleures sources d’azote et de carbone respectivement. De plus, des résultats obtenus à partir d’expériences concernant un plan d'expérience factoriel fractionnaire afin de sélectionner parmi un grand nombre de variables, les principaux facteurs requis pour augmenter et optimiser la production des rhamnolipides chez B. glumae ont été présentés. Ainsi, le potassium, le mannitol, le calcium et l’urée ont été démontrés comme ayant un effet significatif sur la production des rhamnolipides par B. glumae. Nous avons démontré qu’en appliquant la méthodologie des surfaces de réponse (MSR), une production de rhamnolipides de 1,66 g/L a été obtenue ce qui est cinq fois plus élevé que celui des conditions initiales avant MSR.

En conclusion, les résultats rapportés dans cette thèse améliorent les connaissances sur la régulation des rhamnolipides chez B. glumae. À plus long terme, cet ouvrage contribuera à l’identification de l'étape limitante dans la biosynthèse des rhamnolipides et la régulation des gènes des rhamnolipides par le QS chez B. glumae.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Déziel, Éric
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lépine, François
Mots-clés libres: -
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 15 févr. 2020 23:05
Dernière modification: 15 févr. 2020 23:05
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/4860

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