Optimisation de la production de rhamnolipides par la bacterie Burkholderia thailandensis

Martinez, Sarah (2019). Optimisation de la production de rhamnolipides par la bacterie Burkholderia thailandensis Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Thèse en biologie, 252 p.

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Résumé

Les agents tensioactifs sont des molécules amphiphiles utilisées aussi bien en détergence ménagère qu’industrielle, en passant par le marché des industries techniques et agricoles, ou encore l’hygiène corporelle et la cosmétique (ADEME–AGRICE, 2001). Par souci écologique, les recherches se tournent de plus en plus vers les surfactants d’origines biologiques, comme par exemple les rhamnolipides. Les rhamnolipides ont été pour la première fois mis en évidence lors d’une étude sur Pseudomonas aeruginosa, et sont depuis largement étudiés chez ce pathogène opportuniste. En raison de leurs excellentes propriétés tensioactives, de leur faible toxicité et de leur biodégradabilité élevée, ils sont considérés comme étant parmi les biosurfactants présentant le potentiel le plus élevé pour devenir la prochaine génération de tensioactifs d’origine biologique à être introduite sur le marché. Néanmoins la production des rhamnolipides à l'échelle commerciale n’est pas encore compétitive avec celle des surfactants d’origine synthétique du fait notamment de la productivité insuffisante, des coûts élevés des matières premières et de récupération post-production. Afin de limiter les coûts de production liés au niveau de confinement, l’utilisation de bactéries non pathogènes est préférée, telle Burkholderia thailandensis. Cependant, les connaissances sont présentement limitées sur les facteurs génétiques et environnementaux contrôlant les rhamnolipides chez cette espèce bactérienne. L’objectif des travaux réalisés au cours de ce doctorat est l’amélioration de la production de rhamnolipides chez la bactérie B. thailandensis. La thèse présentée ici porte sur les approches qui ont été employées dans le but de générer des souches présentant le meilleur rendement de production possible en rhamnolipides, à savoir l’évolution dirigée et la mutagenèse aléatoire chez B. thailandensis. Ces deux techniques ont permis de mettre en évidence de nouveaux régulateurs impliqués dans la production des rhamnolipides. Ces travaux ont aussi révélé que B. thailandensis est également capable de produire des polyhydroxyalcanoates, un autre métabolite d’intérêt biotechnologique. En effet, j’ai démontré que la mesure de densité optique n’était pas fiable du fait de la production élevée de PHA. Enfin, un travail d’optimisation de milieu de culture pour la production des rhamnolipides et des PHA a été réalisé par la mise en place d’un plan d’expérience de Taguchi.

Surfactants are amphiphilic compounds used in a wide diversity of applications in several fields, such as pharmaceutical and food industries. They are currently derived from non-sustainable petrochemical processes and pose a significant concern because of their poor biodegradability and notable environmental toxicity. As a consequence, increasing investigations are focused on biosurfactants, such as rhamnolipids, which represent an interesting and sustainable alternative to synthetic surfactants. Identified for the first time in Pseudomonas aeruginosa cultures, rhamnolipids are among the best-studied biosurfactants. Their excellent tensioactive properties, low toxicity and high biodegradability make them among the biosurfactants presenting the most promising potential for large scale biotechnological processes. Because of the pathogenicity of P. aeruginosa, non-pathogenic bacteria are investigated to find new species for the implementation of industrial processes for rhamnolipid production. Burkholderia thailandensis was previously identified as an interesting candidate. However, current processes for rhamnolipid production by this bacterium are not efficient, delivering only low yields. This is largely due to limited knowledge on biosynthesis of rhamnolipids in B. thailandensis. Identifying regulatory factors could help increase the production of this biosurfactant. The present work deals with different strategies that were implemented to identify B. thailandensis mutants with enhanced capabilities for rhamnolipid production. Random mutagenesis and directed evolution experiments were performed. These two strategies uncovered new regulators involved in rhamnolipid production. Our study also revealed that B. thailandensis is able to produce polyhydroxyalkanoates (PHA), which represent another interesting metabolite for biotechnological processes. Indeed, I demonstrate that B. thailandensis is a high PHA-producer and that the optical density measurement is not reliable with this bacterium because of the high concentrations of intracellular PHAs granules produced. Finally, an experimental plan was realized to optimize both rhamnolipid and PHAs production using Taguchi’s tables.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Déziel, Éric
Mots-clés libres:	B. thailandensis; Rhamnolipids; Optimization; Directed evolution; Random mutagenesis; Polyhydroxyalkanoates; Regulation; Évolution dirigée ; Mutagenèse aléatoire; Rhamnolipides; Polyhydroxyalcanoates
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	18 juill. 2023 13:51
Dernière modification:	18 juill. 2023 13:51
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13323

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