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RÉSUMÉ
De par leurs différentes propriétés, les exopolysaccharides bactériens (EPS) peuvent prétendre à des applications dans de nombreux secteurs industriels. Mais cette recherche d'EPS est le résultat d'une longue démarche incluant les étapes suivantes : i) constitution d'une collection de micro-organismes, ii) criblage, iii) production en laboratoire, iv) caractérisations physico-chimiques et biologiques et v) transfert à l'échelle industrielle. Ces différentes étapes sont décrites dans cet article avec tous les problèmes inhérents à chacune d'entre elles. La cosmétique fait partie de ces secteurs d'activité en constante demande de nouveaux biopolymères. Quelques EPS marins ont d'ores et déjà trouvé des applications auprès de différents acteurs de la cosmétologie.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Anthony COURTOIS : Président, Polymaris Biotechnology, Morlaix, France
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Jean GUEZENNEC : Consultant scientifique, AiMB (Advices in Marine Biotechnology), Plouzané, France
INTRODUCTION
Les polysaccharides peuvent être définis comme des macromolécules formées de l'enchaînement de motifs similaires, en l'occurrence de glucides appelés couramment « sucres » ou « oses ». Initialement dominé par les gommes d'origine végétale et algale, leur marché s'ouvre également aux polysaccharides bactériens. En milieu marin, cette production semble être majoritairement le fait de souches appartenant aux genres Alteromonas, Pseudoalteromonas, Pseudomonas, Shewanella et Vibrio. Chez les bactéries, ces polysaccharides sont présents :
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au niveau de la paroi cellulaire ;
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à l'extérieur de la cellule mais liés à celle-ci (polysaccharide capsulaire) ;
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ou relargués dans le milieu de culture sous forme d'exopolysaccharides (EPS).
Ces EPS sont, dans la majorité des cas (à l'exception de cas connus comme les levanes et les dextranes), synthétisés à l'intérieur de la cellule bactérienne et excrétés dans le milieu sous forme de macromolécules. Même si l'on peut supposer que ce mode de synthèse se retrouve chez les bactéries marines, force est de constater qu'il n'existe que peu d'études sur le sujet.
Pour de multiples raisons, dont celles liées à leur mode d'obtention et d'extraction, les EPS constituent les biopolymères présentant un très grand intérêt d'un point de vue biotechnologique, et ce pour de nombreux secteurs industriels (santé, agro-alimentaire, cosmétique, environnement, récupération assistée des huiles, bioremédiation, etc.).
D'une manière générale, une stratégie de valorisation de ces EPS bactériens se construit selon une succession de différentes étapes : l'échantillonnage, la création d'une collection (« souchothèque ») et sa gestion, le criblage, la production en laboratoire et la détermination des caractéristiques et propriétés des biopolymères, leur développement (études d'optimisation, choix de stratégies...) et la production à l'échelle pré-industrielle et industrielle, cela avant une possible commercialisation. Cet article décrit ces différentes étapes et les problèmes pouvant y être associés avec, comme exemple d'applications pour ces biopolymères marins, le domaine de la cosmétique.
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Caractérisation des exopolysaccharides
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2. Production d'exopolysaccharides
Cette production se fait généralement en deux phases :
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une phase de laboratoire permettant l'obtention de quantités suffisantes de biopolymères à des fins de détermination de leur composition chimique et de leurs principales caractéristiques physico-chimiques, rhéologiques et biologiques ;
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une phase de transfert, précédée d'un travail d'optimisation, vers une production industrielle allant de fermenteurs de 500 L jusqu'à des volumes > 10 m3 (voire 30 à 50 m3) (figure 7).
La production de ces biopolymères est la résultante de conditions de déséquilibre nutritionnel, à savoir une croissance réalisée en milieu riche en substrat carboné et pauvre en azote, soit un rapport C/N élevé. Le glucose est le plus souvent utilisé mais dans une démarche d'optimisation des coûts, d'autres substrats comme les coproduits de l'agroalimentaire (par exemple mélasses, résidus laitiers, canne à sucre, etc.), de l'exploitation forestière (lignocellulose) ou même de l'industrie des biocarburants (glycérol) doivent être considérés . Cette source de glucides peut compter jusque 30 % du coût total de la fermentation, d'où l'intérêt de cette recherche de coproduits. De nombreux autres paramètres (aération, température, pH, agitation, système d'agitation, ajouts de surfactants, etc.) vont déterminer la cinétique de production de ces EPS marins, avec un maximum de rendement généralement observé entre 48 et 72 h ...
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Production d'exopolysaccharides
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GUEZENNEC (J.), ORTEGA-MORALES (O.), RAGUENES (G.), GEESEY (G.) - Bacterial colonization of artificial substrate in the vicinity of deep-sea hydrothermal vents. - FEMS Microbiology Ecology, 26, p. 89-99 (1998).
-
(2) - ÖNER (E.T.) - Microbial production of extracellular polysaccharides from Biomass. - FANG (Z.) (ed.), Pretreatment Techniques for Biofuels and Biorefineries. Green Energy and Technology, 35, DOI 10.1007/978-3-642-32735-3-2, © Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2013).
-
(3) - SENTHILKUMAR (V.), GUNASEKARAN (P.) - Influence of fermentation conditions on levan production by Zymomonas mobilis CT2. - Indian J. Biotechnol., 4, p. 491-496 (2005).
-
(4) - AROCKIASAMY (S.), BANIK (R.M.) - Optimization of gellan gum production by Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461 with non-ionic surfactants using central composite design. - J. Biosci. Bioeng., 105, p. 204-210 (2008).
-
(5) - CHRISTENSEN (B.E.), KJOSBAKKEN (J.), SMITHROD (O.) - Partial and chemical characterization of two extracellular polysaccharides produced by a marine, periphytic Pseudomonas strain NCMB 2021. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Polymaris Biotechnology, Morlaix, France http://www.polymaris.com
CODIF Recherche et Nature, St Malo, France http://www. codif-recherche-et-nature.com
Lucas Meyer, Québec, Canada http://www.lucasmeyer.com
Lipotec http://www.lipotec.com
Pacific Biotech SAS, Tahiti, Polynésie française http://www.pacific-biotech.pf
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