Modélisation et optimisation de la production de thiolutine chez Saccharothrix algeriensis

Abstract

La production de nouvelles molécules bioactives est actuellement une préoccupation importante au plan mondial du fait de la prolifération de microorganismes pathogènes ayant développé une résistance aux molécules actuelles. Dans ce contexte, une bactérie isolée du sol saharien, Saccharothrix algeriensis, fait l'objet de cette étude. Elle a la capacité de produire des molécules aux potentialités bio-actives remarquables : les dithiolopyrrolones. L'objectif du travail se concentre sur les aspects macroscopiques de l'analyse du comportement du microorganisme en milieu liquide en vue du développement d'un procédé de bioproduction. Une première étape a consisté en la recherche d'un milieu de culture chimiquement maîtrisé. Afin de s'affranchir de l'utilisation d'extrait de levure, substrat difficilement maîtrisable, l'influence de la teneur en différentes bases azotées, acides aminés et oligoéléments sur la croissance a été étudiée. L'uracile et la thymine, les acides aminés non polaires ainsi que les oligoéléments favorisent la croissance de Saccharothrix algeriensis. Le milieu synthétique donnant les meilleurs résultats en terme de croissance et de production d'antibiotique a été testé en fermenteur "batch" de 2 L équipé d'un analyseur gaz autorisant une étude cinétique plus fine et un environnement physico-chimique maîtrisé. L'analyse qualitative des fermentations a montré que sur milieu contenant plusieurs substrats, la bactérie consomme les nutriments séquentiellement. Sa croissance apparaît diauxique. La synthèse des dithiolopyrrolones semble découplée de la croissance de la souche. Cette analyse qualitative a permis d'établir un schéma réactionnel décrivant la croissance de Saccharothrix algeriensis en milieu semi-synthétique. L'analyse factorielle des données cinétiques a permis de décrire raisonnablement le comportement du microorganisme en 4 réactions. ABSTRACT : Nowadays, production of new bioactive molecules is an important concern around the world. Due to development of bacterial resistance to antibiotics, investigations are performed to discover rare bacteria, which can produce such bioactive molecules. In view of this, Saccharothrix algeriensis, a bacterium isolated from Sahara desert, is here studied. It produces molecules with noteworthy bioactive potentialities: the dithiolopyrrolones. The objective of this study focuses on the macroscopic aspects of the micro-organism behaviour in liquid medium, in order to develop a bio-production process. A first step has consisted in the research of a chemically defined medium. So as to avoid used of yeast extract, which is a difficult substrate to control, the effect of nucleobases, amino acids, and oligoelements on its growth has been investigated. Uracil and thymine, non polar amino acids and oligoelements had a positive impact on Saccharothrix algeriensis growth. The synthetic medium, which allows the best bacterial growth and antibiotic production, has been tested in 2 L batch fermentor. It is connected to a gas analyser, which allows an accurate kinetic study and provides a controlled physicochemical environment to the micro-organism. Qualitative analysis of the cultures has shown that, on a medium which contains several substrates, the bacterium sequentially consumes the nutrients. Bacterial growth seems to be diauxic. Dithiolopyrrolone synthesis seems to be uncoupled with the growth of the stain. This quantitative analysis has allowed to establish a reaction scheme, which describes Saccharothrix algeriensis growth on semi-synthetic medium. Factor analysis of kinetic data had reasonably lead to a description of Saccharothrix algeriensis behaviour in 4 reaction