Polycopie du cours: Production des métabolites · 2016/2017 S République Algérienne...

S

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Scientifique

Université Ferhat Abbas de Sétif

Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie

Polycopie du cours: Production des métabolites

Master 1: Biochimie appliquée

Présenté par Dr. Djidel Saliha

2016/2017

Matière: Production des métabolites

Dr. S. Djidel

Sommaire

CHAPITRE I: La production des protéines

1. Définition………………………………………………………………………………………... 1

2. Les α-aminoacides………………………………………………………………………………. 1

3. Structures des protéines………………………………………………………………………. 3

4. Différentes fonctions des protéines………………………………………………………….. 5

5. Sources des protéines……………………………………………………………………........ 5

5.1. Sources animales…………………………………………………………………………….. 6

5.2. Sources végétales…………………………………………………………………………….. 6

6. Production des protéines à partir des microorganismes (MO)………………………........ 6

7. Les avantages d’utilisation des micro-organismes………………………………………….. 7

8. Les inconvénients d’utilisation des microorganismes……………………………………… 7

9. Micro-organismes producteurs des protéines……………………………………………… 7

9.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 7

9.2. Les bactéries……………………………………………………………………………......... 7

9.3. Les champignons microscopiques…………………………………………………………… 8

9.4. Les micro-algues……………………………………………………………………………… 9

10. La composition d’un milieu…………………………………………………………………… 9

10.1. Besoins élémentaires…………………………………………………………………......... 10

10.2. Besoins spécifiques…………………………………………………………………………. 11

11. Types et formes des milieux des cultures…………………………………………….......... 11

11.1. Selon la composition…………………………………………………………………......... 11

11.1.1. Milieux complexes…………………………………………………………………......... 11

11.1.2. Milieux synthétiques……………………………………………………………………… 11

11.1.3. Les milieux semi-synthétiques ……………………………………………………………. 11

11.2. Selon usage…………………………………………………………………………………. 11

11.2.1. Les milieux d'isolement ………………………………………………………………….. 11

11.2.2. Milieux d'identification…………………………………………………………………… 12

11.2.3. Milieux de conservation……………………………………………………………......... 12

11.2.4. Les milieux de culture utilisés dans une unité biotechnologique………………………. 12

12. Conditions environnementaux des milieux de culture……………………………………. 12

12.1. Effet de l'oxygène……………………………………………………………………......... 12

12.2. Effet de la température…………………………………………………………………….. 13

12.3. L’effet de pH………………………………………………………………………….....….. 14

12.4. L’effet de l'eau……………………………………………………………………………… 15

13. Paramètres de la croissance (constantes de la croissance)…………………………........ 15

13.1. Définition……………………………………………………………………………………. 15

13.2. Expression mathématique de la croissance……………………………………………….. 16

13.3. Expression graphique de la croissance………………………………………………......... 16

14. La croissance industrielle du microorganisme (fermentation industrielle)……….......... 17

14.1. Définition de la Fermentation……………………………………………………………… 17

14.2. Fermenteur…………………………………………………………………………………. 17

14.3. Types des fermenteurs…………………………………………………………………….. 17

14.4. Description du fermenteur………………………………………………………………… 17

14.5. Les diverses techniques de culture………………………………………………………… 18

14.5.1. Culture discontinue………………………………………………………………………. 18

14.5.2. Culture continue……………………………………………………………………......... 18

15. Biomasse………………………………………………………………………………........... 19

15.1. Définition…………………………………………………………………………………… 19

15.2. Détermination de la biomasse microbienne………………………………………………. 19

15.3. Applications de la biomasse………………………………………………………….......... 20

15.4. Milieu de culture pour la production de la biomasse…………………………………….. 20

Chapitre II: production des organismes unicellulaires (POU)


Dr. S. Djidel

1. Introduction……………………………………………………………………………………. 21

2. Productions des levures……………………………………………………………………… 21

3. Production des bactéries……………………………………………………………….......... 21

4. Les étapes de la production des levures………………………………………………......... 22

5. L’application des microorganismes dans l’industrie………………………………………. 24

5.1. La pharmacie………………………………………………………………………………… 24

5.2. Industrie alimentaire…………………………………………………………………………… 24

5.3. La chimie………………………………………………………………………………………. 25

5.4. L'agriculture…………………………………………………………………………………… 25

5.5. L’énergie et environnement………………………………………………………………….. 25

6. Production industrielle des enzymes microbiennes…………………………………………. 26

6.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 26

6.2. Le choix d’un microorganisme producteur de l’enzyme………………………….............. 26

6.3. Milieux de la production des enzymes…………………………………………………….. 26

6.4. Le procédé de la fermentation………………………………………………………………. 27

6.5. Induction de production……………………………………………………………………… 27

6.5. Microorganismes producteurs des enzymes……………………………………….............. 27

6.6. Préparation de l’inoculum……………………………………………………………………. 27

6.7 Méthodes d'extraction et de purification des enzymes…………………………………….. 28

6.7.1. Extraction………………………………………………………………………………….. 29

6.7.2. La purification……………………………………………………………………………… 29

6.7.3. Conservation………………………………………………………………………………… 30

Chapitre III: Production des métabolites

1. Production des acides aminés…………………………………………………………………. 31

2. Domaine d’utilisation des acides aminés produits par les microorganismes…………….. 31

3. Les microorganismes producteurs des acides aminés…………………………………………. 31

4. Les voies métaboliques de la synthèse des acides aminés…………………………………… 32

4.1. Synthèse des acides aminés issus du glutamate……………………………………………… 33

4.2. Synthèse des acides aminés issus de l’aspartate………………………………………........ 33

2. la production des alcools……………………………………………………………….......... 35

2.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 35

2.2. Classification…………………………………………………………………………………. 35

2.3. Domaines d’utilisation des acools…………………………………………………………… 36

2.4. Les voies métaboliques de la synthèse des alcools……………………………………........ 36

2.4.1. Voie d’Embden-Meyerhof (EM) ou glycolyse……………………………………………. 37

2.4.2. Destinée du pyruvate………………………………………………………………………. 38

2.5. Microorganismes producteurs des alcools…………………………………………….......... 39

3. Production des acides organiques………………………..………………………………….. 39

3.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 39

3.2. Domaine d’utilisation des acides organiques…………………………………………....... 39

3.3. Micro-organismes producteurs des acides organiques…………………………………….. 39

3.4. Voies métaboliques de production des acides organiques…………………………………. 40

4. Synthèse des vitamines (B12, B2, A)………………………………………………………… 44

4.1. Déffinition……………………………………………………………………………………. 44

4.2. Classification des vitamines…………………………………………………………………. 44

4.2.1. Les vitamines hydrosolubles……………………………………………………………… 45

4.2.2. Les vitamines liposolubles………………………………………………………………… 45

4.3. Biosynthèse des vitamines par les micro-organismes…………………………………........ 45

4.4. Micro-organismes producteurs des vitamines……………………………………………… 45

4.5. La vitamine B12………………………………………………………………………………... 46

4.5.1. Milieu de culture pour production de Vit B12………………………………………........ 47

4.5.2. Production de vitamine B12 par Propionibacterium sp………………………………….. 47

4.6. La vitamine B2………………………………………………………………………………. 47

4.6.1. Les micro-organismes producteurs………………………………………………………… 48

4.6.2. Milieu de culture de la production de riboflavine………………………………………… 48


Dr. S. Djidel

4.7. Provitamine A………………………………………………………………………….......... 49

4.7.1. Microorganismes producteurs de la vitamine A…………………………………………… 50

4.7.2. Processus de production de la provitamine A……………………………………………. 50

4.7.3. Facteurs affectant la production…………………………………………………………….. 50

4.7.4. Récupération……………………………………………………………………………….. 50

5. La production des polysaccharides………………………………………………………….. 51

5.1. Définition……………………………………………………………………………………. 51

5.2. Classification des polysaccharides microbiens…………………………………………….. 51

5.3. Utilisations et applications industrielles………………………………………………......... 51

5.4. Les dextranes………………………………………………………………………………… 52

5.4.1. Microorganismes producteurs du dextrane……………………………………………….. 52

5.5. Les levanes…………………………………………………………………………………… 52

5.6. Les xanthanes………………………………………………………………………………… 53

5.6.1. Microorganisme producteur et le milieu de la culture………………………………......... 54

6. Production des hormones…………………………………………………………………….. 54

6.1. Introduction…………………………………………………………………………….......... 54

6.2. Définition…………………………………………………………………………………….. 55

6.3. Rôle des hormones…………………………………………………………………………… 55

6.4. Gibbérellines…………………………………………………………………………………. 55

6.5. Production microbienne de gibberellines…………………………………………………… 55

6.6. L'acide abscisique (ABA)…………………………………………………………………… 55

6.7. Les microorganismes producteurs de l’acide abscisique…………………………………… 56

7. Production des antibiotiques………………………………………………………………… 56

7.1. Définition……………………………………………………………………………………… 56

7.2. Mécanismes d’action des antibiotiques……………………………………………………….. 57

7.3. Classification des antibiotiques……………………………………………………………… 58

7.4. Les micoorganismes producteurs des antibioiques……………………………………....... 62

7.5. Production industrielles des antibiotiques…………………………………………………… 63

8. La production des toxines……………………………………………………………………. 64

8.1. Définition…………………………………………………………………………………….. 64

8.2. Classification…………………………………………………………………………………. 64

8.3. Microorganismes producteurs des toxines…………………………………………………. 65

8.4. La production industrielle des toxines……………………………………………………… 66

Références bibliographiques………………………………………………………………………

67


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CHAPITRE I: La production des protéines

1. Définition

Les protéines présentes chez tous les êtres vivants, des Bactéries à l’Homme. Ellesprsont des

macromolécules formées à partir de seulement 20 monomères différents. Ces monomères sont

des α-aminoacides qui s’unissent par des liaisons peptidiques pour former des chaînes

polypeptidiques.

2. Les α-aminoacides

Les α-aminoacides ont pour une formule générale R – Cα- (H, NH3 +) – COO–où un carbone

tétraédrique chiral Cα est uni à un carboxyle –COO–, une amine primaire –NH3+, un

hydrogène –H et une chaîne latérale –R propre à chaque α-aminoacide (Fig. 1).

Figure 1. Structure générale d’acide aminé.

Selon la nature de la chaîne latérale, on distingue trois groupes d’α-aminoacides: apolaires,

polaires neutres et polaires ionisables(Fig. 2). On peut aussi diviser les acides aminés en deux

catégories : essentiels et non essentiel. Les essentiels doivent arriver à l'organisme à partir

d'aliments ou de suppléments alimentaires que nous ingérons, puisque notre corps ne peut pas

les produire par le biais d'autres sources. Chez l'Homme, il ya huit acides aminés essentiels: le

tryptophane, la lysine, laméthionine, laphénylalanine, lathréonine, la valine, la leucine et

l’isoleucine. Deux acides aminés de plus sont essentiels pour l'enfant: l'arginine et l'histidine.

Seuls deux sont strictement indispensables (lysine et thréonine).


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Figure 2.Structures des vint acides aminés.


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3. Structures des protéines

3.1. Structure primaire

La structure primaire est formée par des aminoacides unis par des liaisons peptidiques. Elle se

présente donc comme une succession de plans contenant des unités peptidiques –Cα–CO–

NH–Cα– qui crée une chaîne principale d’où se projettent les chaînes latérales (Fig. 3).

Figure3. Formation de la structure primaire des protéines.

3.2. Structure secondaire

Lorsque certaines régions de la chaîne polypeptidique se replient de manière hélicoïdale

hélice α ou parallèle en formant des régions pliées de feuillet bêta. Il s’agit de la structure

secondaire (Fig. 4).

Figure 4. Feuillet B et l’hélice α de la structure secondaire des protéines.


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3.3. Structure tertiaire

La structure tertiaire est le repliement dans l'espace d'une chaîne polypeptidique. Ce

repliement donne une fonctionnalité à la protéine, notamment par la formation du site actif

des enzymes. La structure tertiaire correspond au degré d'organisation supérieur aux hélices α

ou aux feuillets β. Le reploiement et la stabilisation de protéines à structure tertiaire dépend de

plusieurs types de liaisons faibles qui stabilisent la structure (interactions hydrophobes, des

liaisons ioniques, des liaisons de Van der Walls) et parfois des liaisons covalentes (Fig. 5).

Figure 5. Structure tertiaire d’une protéine.

3.4. Structure quaternaire

Lorsque 2 ou plusieurs sous-unités polypeptidiques sont associées dans une protéine, on parle

alors de structure quaternaire. Les sous-unités sont reliées par des liaisons non covalentes et

parfois des ponts disulfures. On distingue, selon leur forme, deux groupes principaux de

protéines, les protéines globulaires, solubles ou transmembranaires, de beaucoup les plus

nombreuses, où le reploiement des chaînes polypeptidiques conduit à une structure compacte,

et les protéines fibreuses qui sont des molécules très allongées (Fig. 6).


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Figure 6. Structure quaternaire de protéine. L'hémoglobine est constituée de 4 sous-unités:

2 sous-unités α et 2 sous-unités β.

4. Différentes fonctions des protéines

Les protéines sont une des trois grandes familles de macronutriments essentielles à

l’organisme. Elles y jouent un rôle structural (au niveau musculaire ou encore cutané) mais

sont également impliquées dans de très nombreux processus tels que la réponse immunitaire

(anticorps) ou le transport de l’oxygène dans l’organisme (hémoglobine). Elles peuvent être

des enzymes qui catalysent et régulent les réactions du métabolisme.Les protéines contractiles

des fibres musculaires, des cils ou des flagelles interagissent entre elles pour créer une force

contractile ou motrice. De nombreux facteurs protéiques s’associent aux gènes pour réguler

leur réplication et leur transcription.

5. Sources des protéines

Certains aliments sont relativement riches en protéines (10 à 25 %) comme la viande, le

poisson, les fromages, les légumes secs, les céréales. D’autres en sont moins riches parce que

leur quantité d’eau est très élévée (cas du lait et des légumes et fruits). D’autres, les

protéagineux, en contient jusqu’à 45 % (Tab.1). Les protéines animales sont relativement

riches en acides aminés indispensables et généralement plus riches que les protéines

végétales.


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Tableau 1. Sources animales et végétales

5.1. Sources animales

Les viandes sont composées essentiellement de myosine, de myoalbumine et de collagène.

Pour la myosine et la myoalbumine sont concernées comme de protéines d’excellente qualité

comportant tous les acides aminés indispensables.

Les poissons représentent des protéines de bonne qualité que la viande. Ils contiennent

d’actine, myosine, collagène et myoalbumine.

Les protéines de l’œuf (l’albumine et globuline dans le blanc et vitelline dans le jaune) ont

une excellente valeur biologique. Leur composition en acides aminesparfaitement équilibrée.

Le lait contient principalement de caséine, de lactalbumine et de lactoglobuline. Tous les

acides aminés indispensables sont présents. Ces protéines sont très bien assimilées par

l’organisme.

5.2. Sources végétales

Certaines protéines végétales peuvent présenter une teneur faible en certains acides aminés

indispensables, la lysine pour les céréales, et les acides aminés soufrés pour les légumineuses.

Les légumes secs riche en légumine, les ceréales en gliadine et gluténine du blé, zéine du

mais…

6. Production des protéines à partir des microorganismes (MO)

L'orientation pour la fabrication de protéines en utilisant des micro-organismes pour les

raisons suivantes:

• Les protéines des microorganismes sont très importantes dans l’alimentation humaine

et animale car elles sont équilibrées en acides aminés indispensables.

• La récupération et la valorisation de sous produits des industries agroalimentaires à

des fins alimentaires peut constituer une alternative intéressante. Il s’agit de la création

de biomasse sous forme de protéines d’organismes unicellulaires 'P.O.U'.


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• Les protéines des microorganismes sont fabriquées pour les domaines thérapeutiques.

7. Les avantages d’utilisation des micro-organismes

L'utilisation de micro-organismes pour produire des protéines pour les raisons suivantes:

• Extrême rapidité de croissance des cellules microbiennes (50 fois plus rapide que la

production bovine).

• Le fait qu'elle ne nécessite pas de terres cultivables de grands espaces.

• L'absence de contraintes saisonnières, cette production étant possible toute l'année

sans interruption.

• La modification génétique des micro-organismes.

• Elle demande peu d'espace et peu d'eau, un contenu protéique élevé et génère peu de

résidus.

8. Les inconvénients d’utilisation des microorganismes

Bien qu'il existe des points positifs pour les micro-organismes, mais il y a quelques points

négatifs.

➢ Les protéines produites peuvent présenter un contenu élevé en acides nucléiques.

➢ Les microorganismes peuvent produire des toxines ou autres métabolites nuisibles.

➢ Les protéines produites possèdent des propriétés physiologiques qui peuvent ne pas

convenir a la consommation directe par les humains.

9. Micro-organismes producteurs des protéines

9.1. Définition

Micro-organismes ou microbes sont des organismes invisibles à l'œil nu, qui ne peuvent être

observés qu'à l'aide d'un microscope. ils sont divisés en trois classes ; les procaryotes, les

eucaryotes et non cellulaires (virus).

quatre types de micro-organismes sont utilisés pour la production des proteines . II s'agit des

micro-algues, des bactéries, des levures et des champignons (fungi) filamenteux.

9.2.Les bactéries

Une bactérie est un micro-organisme unicellulaire procaryote, elle n’a pas un véritable noyau

mais le matériel génétique baigne directement dans le cytoplasme.Les bactéries ont des

formes variées (bâtonnet, en filament, arrondie) (Fig. 7).


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Figure 7. Structure de la bactérie (a); les formes des bactéries : bâtonnet (b), filament (c) et

arrondie (d).

La bactérieEscherichiacoli est largement utilisée dans la production de protéines parce que

leur matériel génétique est connu. Il est également facile à implanter dans le fermenteur (les

conditions de croissances sont connues). De plus l'expression de protéines est élevée à l'aide

de ces bactéries (plusieurs grammes / L de protéine produites).

Autres bactéries sont utilisées comme Bacillussubtilis, Streptomyces. Elles sont caractérisées

par un fort potentiel de sécrétion mais elles sont génétiquement males connues et les niveaux

de la production sont inférieurs.

9.3. Les champignons microscopiques

Ce sont des organismes uni ou pluri cellulaires eucaryotes. Ils se trouvent partout où il existe

une source alimentaire. Il y a deux types de champignons: Levures (organismes unicellulaires)

et les moisissures (organismes pluricellulaires) (Fig. 8).


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Figure 8.La forme d’une levure (gauche) et moisissure (droite).

S. cerevisiaea été la première levure utilisée dans la production de protéines, protéines

recombinantes et plusieurs produits biopharmaceutiques. Il existe plusieurs caractéristiques

intrinsèques, comme la stabilité du système d'expression et la facilité de la culture. Les

protéines à S. cerevisiae représente déjà un processus industriel bien établi, assurant des titres

de production allant jusqu'à centaines de mg / l.En alternative à S. cerevisiae, les levures P.

pastoriset Kluyveromyceslactis peuvent être utilisées pour la production des protéines.

Parmi les moisissures utilisés dans la production des protéines, il yaRhizopusoligosporus

,Zygorrhynchusmeelleri , Oosporalactis , Penicillium roqueforti…etc. Ils caractérisent par:

• La production de protéines ontune valeur nutritive pour l’animal et même l’humain.

• Protéines servant de complémentation des produits céréaliers.

9.4. Les micro-algues

Les micros-algues sont des espèces microscopiques unicellulaires ou pluricellulaires.Ce sont

des micro-organismes eucaryotes ou procaryotes.

Une micro-algue spirulina est connue pour élaborer toute une gamme de produits intéressants

(via la photosynthèse) à intérêt pharmaceutique, cosmétique et plus particulièrement

alimentaire. Sur le plan de la composition chimique, les spirulines contiennent environ 70 %

de protéines. La teneur en acides aminés essentiels est mieux équilibré que celles issues de

plantes (déficience en lysine).

10. La composition d’un milieu

Plusieurs types de résidus organiques peuvent être utilisés lors de la production des protéines;

notamment, les résidus agricoles, de l'industrie forestière et des usines de transformation

d'aliments. Les trois critères principaux qui servent au choix d'un substrat sont, par ordre


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d'importance, le prix (normalement nul ou négatif), les frais de transport et la qualité du

substrat '.

10.1. Besoins élémentaires

Lesmicro-organismes se multiplient à partir des aliments ou nutriment présents dans les

milieux de culture. Ils ont tous un certain nombre de besoins communs: nécessité de source

d’énergie, de source de carbone, de source d’azote et d’éléments minéraux. Ces besoins de

base sont appelés besoins élémentaires.

10.1.1. Source d’énergie

Selon le type d'énergie utilisée, on peut reconnaître deux catégories des micro-organismes:

➢ Les phototrophes, ou photosynthétiques, qui puisent leur énergie dans le rayonnement

lumineux.

➢ Les chimiotrophes, ou chimiosynthétiques, qui utilisent l'énergie de l'oxydation de

produits chimiques organiques ou minéraux.

10.1.2 Source de carbone

Le carbone est constituant de base de la cellule et doit être fourni en quantité suffisante. Les

exigences nutritionnelles en carbone conduisent à envisager deux catégories de

microorganismes :

➢ Les autotrophes qui sont capables de se développer en milieu inorganique contenant le

CO2 comme seule source de carbone.

➢ Les Hétérotrophes exigent des composés organiques pour se produire.

10.1.3. Source de phosphore

Parmi les constituants minéraux des microorganismes, le soufre et le phosphore tiennt une

place de choix. Le premier est présent dans certains acides aminés et donc dans les protéines

sous forme de groupements thiols (-SH). Il est principalement incorporé sous forme de sulfate

ou de composés soufrés organiques, rarement sous forme de soufre réduit. Le second fait

partie des acides nucléiques, de nombreuses coenzymes et de l’ATP. Il est incorporé dans la

cellule sous forme de phosphate inorganique.

10.1.4. Source d’azote

Pour synthétiser leurs protéines, les microorganismes ont besoin de substances azotées

organiques (acides aminés) ou inorganiques (les nitrates et les nitrites).

10.1.5. Les oligoéléments

Lesoligo-éléments sont de molécules indispensables en très faibles quantités. On peut citer le

cobalt, le sodium, le potassium, le zinc, le cuivre, le manganèse, le sélénium…etc. Ils sont



très importants pour le fonctionnement des enzymes. Ils ne sont pas tous requis par une même

espèce.

10.2. Besoins spécifiques

Les microorganismes exigent des substances organiques qu'elles ne peuvent pas synthétiser.

Ces substances sont nommées facteurs de croissance. Beaucoup de ces substances sont des

vitamines et des acides aminés.Les micro-organismes qui doivent trouver ces facteurs de

croissance dans leur alimentation sont appelées auxotrophes, mais qui n'ont pas besoin de tels

facteurs sont dites prototrophes.

11. Types et formes des milieux des cultures

Un milieu de culture est une préparation de substances biologiques ou chimiques, reproduit

un environnement favorable (nutriments, pH, pression osmotique ...). Ces milieux sont utilisés

par les microbiologistes pour : isoler, produire, identifier les micro-organismes.

11.1. Selon la composition

11.1.1. Milieux complexes

Ce sont des milieux très riches en substances organiques permettant une croissance aisée de

nombreux micro-organismes. Ces différents composants mal définis vont couvrir les besoins

en maco-éléments (« CHOZPS ») en micro-éléments et en oligoéléments ainsi que les besoins

en énergie. Il est spécifique pour les micro-organismes chimio-organotrophes, hétérotrophes

et auxotrophes.

Exemples

• Extrait de protéines de soja

• Extrait de viande

• Produits sanguin (élément nutritif +observation des propriétés hémolytiques de

certaines bactéries)

• Jus de tomate

11.1.2. Milieux synthétiques

Milieux constitués de substances chimiques pures, leur composition qualitative et quantitative

est connue.

11.1.3. Les milieux semi-synthétiques

Comme leur nom l’indique c’est un mélange de composés chimiques purs et de substances

naturelles empiriques.

11.2. Selon usage

11.2.1. Les milieux d'isolement



Ils sont utilisés pour la séparation des microorganismes a partir de leur environnement.

Milieux de base

Ce milieu cultive un maximum de micro-organismes hétérotrophes ne présentant pas de

besoins nutritifs particuliers. Un micro-organisme cultivant sur ce type de milieu est dit de

culture facile ou non exigeant.

• Milieux sélectifs

Ces milieux inhibent la croissance de la majorité des micro-organismes et stimulent celles des

bactéries qu’on cherche à isoler. On fait intervenir un pH acide, une concentration de sel

élevée.

• Milieux différentiels

Contiennent un indicateur (colorant) qui permet de différencier deux types bactériens qui

poussent sur le même milieu, mais ne dégradent pas tous les deux un substrat particulier.

11.2.2. Milieux d'identification

Ces milieux permettent la connaissance de caractères biochimiques.

11.2.3. Milieux de conservation

Ces milieux permettent la survie des micro-organismes. Il s'agit en général de milieux très

pauvres.

11.2.4. Les milieux de culture utilisés dans une unité biotechnologique (fermenteur).

12. Conditions environnementaux des milieux de culture

Les nutriments constitutifs ou énergiques nécessaires à un microorganisme pour son

développement doivent lui être apportés dans certaines conditions d’environnement. Un

certain nombre de facteurs interviennent au cours de la nutrition. Ils peuvent l’empêcher,

l’inhiber ou la favoriser.

12.1. Effet de l'oxygène

Selon l’exigence des microorganismes à l’oxygène: certains sont aérobies stricts, nécessitent

l’O2 pour leur développement; d’autres, anaérobies stricts, ne peuvent pas survivre en

présence de l’oxygène; d’autre encore sont anaérobies facultatifs, capables de se multiplier

avec ou sans oxygène; d’autres enfin, les microarérophiles, ne se reproduisent qu’en présence

d’une faible concentration d’oxygène (Fig.9).



Figure 9. Effet d’oxygène sur la croissance bactérienne.

Remarque

Toutes les levures peuvent se développer en présence d’oxygène: il n'existe pas de levures

anaérobies strictes.

La croissance des levures en anaérobiose n'a lieu que si les vitamines sont en quantité

suffisantes car ils ne peuvent être synthétisées en l’absence d'oxygène.

12.2. Effet de la température

Elle influence profondément la croissance aussi bien que le métabolisme (action sur la vitesse

des réactions biochimiques). Selon la température optimale de développement, on distingue

généralement 06 classes des micro-organismes (Fig. 10):

• Les psychrotrophes: Peuvent se cultiver à 0°C. La température optimale de

multiplication entre 20 à 25 °C.

• Les psychrophiles: Température maximale 20°C et température optimale de

croissance inférieure à 15 °C.

• Les cryophiles: peuvent se développer à des températures négatives. Température

optimale de croissance (- 5 °C).

• Les mésophiles: croissance entre 25 et 40 °C. Optimum à 37°C.

• Les thermophiles: température optimale entre 50 et 60 °C.

• Les hyperthermophiles:Température optimale de croissance entre 70 °C et 110°C.

Cette classification n’a pas de limites strictes. Il peut exister des chevauchements d’un groupe

à l’autre.



Figure 10. Effet de la température sur la croissance des micro-organismes.

NB

Les champignons et les levures sont des mésophiles mais certaines levures se développent à

45 °C et d’autres à 1 °C.

12.3. L’effet de pH (concentration en ion hydrogène [H+])

Les micro-organismes se développent dans une gamme de pH de 1 à 11 (Fig. 11). Il en existe

trois classes, déterminées en fonction de leur pH optimum:

• Acidophiles: 1 < pH optimum < 5.5.

• Neutrophiles: 5.5 < pH optimum < 8.

• Alcalinophiles: 8 < pH optimum < 11.



Figure 11. L’effet de pH sur la croissance des micro-organismes.

12.4. L’effet de l'eau

La quantité de l'eau présente dans une substance intervient dans la croissance microbienne.

L'activité de l'eau (activity of water; Aw) est inversement proportionnelle à la pression

osmotique d'un composé. Elle est affectée par la présence de sels ou sucres dissous dans

l'eau.

➢ Présence de sels: Les microbes halophiles nécessitent du sel (NaCl) pour leur

croissance. 1-6% pour les faiblement halophiles.15-30% pour les bactéries halophiles

extrêmes. Les microbes halotolérantes acceptent des concentrations modérées de sels

mais non obligatoires pour leur croissance.

➢ Présence de sucres: Les microbes osmophiles nécessitent des sucres pour leur

croissance. Les osmotolérants acceptent des concentrations modérées de sucres mais

non obligatoires pour leur croissance. Enfin les microbes xérophiles peuvent se

multiplier en l'absence d'eau dans leur environnement.

13. Paramètres de la croissance (constantes de la croissance)

13.1. Définition

La croissance est définie comme une augmentation des constituants cellulaires et peut se

traduire par une augmentation de la taille des micro-organismes, du nombre d’organismes ou

des deux. On a trois paramètressuffisants pour la détermination de la croissance microbienne:

• Le nombre de divisions ou générations: n

• La population microbienne (nombre des cellules): N ; on note N0 la population initiale,

et Nn la population après n divisions.



• Le temps de génération: G; c'est le temps nécessaire pour que la population double ou

le temps qui sépare deux divisions successives.

13.2. Expression mathématique de la croissance

Considérons N0= nombre initiale de cellules

Nt= nombre de cellule en division au temps (t)

n= le nombre de génération dans le temps t.

Après 1 division: N1= 21. N0

Après 2 divisions: N2= 22. N0

Après n division: Nn= 2n. N0

La valeur de n, le nombre de génération, peut être obtenue en prenant les logarithmes en base

10 des deux membres de l’équation.

Log Nn=Log 2n. N0

LogNn = n.log2 +log N0

n = (log Nn-logN0)/log 2

n = (log Nn-logN0)/0.301

Le temps de génération G = tn-t0/n

Le temps de génération peut être compté à partir de la représentation semi-logarithmique.

On définit le taux de croissance horaire grâce à la formule: µ= n/t=1/G.

13.3. Expression graphique de la croissance

On étudie la croissance d’une population en analysant la courbe de croissance d’une culture

microbienne. Lorsque des micro-organismes sont cultivés en milieu liquide, ils se développent

habituellement dans un systéme fermé (culture en batch ou discontinue). La croissance des

micro-organismes est représentée graphiquement comme le logarithme du nombre de cellules

en fonction du temps d’incubation (Fig. 12).

Figure 12. La courbe de croissance microbienne dans un système fermé.



1. La phase de latence

Dans cette période, les cellules synthétisent les enzymes qui vont leur être nécessaires pour

utiliser les substrats (éléments nutritifs) du milieu. Il n'y a pas de division cellulaire: N=N0 et

μ=0.

2. la phase exponentielle

La vitesse de reproduction cellulaire est maximum et reste constante en présence des

nutriments et en absence des toxines. N augmente dans les conditions opératoires et G est

aussi constant.

3.La phase stationnaire

Il y a une égalité entre les bactéries qui meurent, par autolyse, et celles qui continuent à se

multiplier. Cette phase est déclenchée par l'épuisement du milieu et l'accumulation de déchets

toxiques.

4. La phase de déclin

Le nombre de cellules qui meurent augmente. Les nutriments sont totalement épuisés et les

déchets s'accumulent.

14. La croissance industrielle du microorganisme (fermentation industrielle).

14.1. Définition de la Fermentation

En biochimie, les fermentations sont des voies cataboliques anaérobies.

En microbiologie industrielle, le terme de fermentation désigne l’opération simple qui permet

de produire de la biomasse ou des différents produits par la culture de micro-organismes. Ce

terme s’applique en industrie pour des métabolismes aérobies et anaérobies.

14.2. Fermenteur

Le bioréacteur (ou fermenteur) est un appareil permettant d’assurer une croissance des micro-

organismes et une production optimale des différentes molécules.

14.3. Types des fermenteurs

Les modèles de laboratoire vont de 0,1 à 15 litres. Les modèles employés pour les tests en vue

de l'industrialisation (appelés "pilotes") vont de 20 à 1 000 litres, alors que ceux destinés à la

production industrielle peuvent dépasser les 1 000 m3. Des modèles de bioréacteurs jetables

utilisés principalement pour des volumes allant du millilitre à quelques centaines de litres.

14.4. Description du fermenteur

Un bioréacteur comporte (Fig.13):



• Une cuve ou enceinte en verre (pour les modèles de laboratoire) ou en acier

inoxydable.

• Un bouchon si nécessaire pour ne pas laisser passer l'air du milieu intérieur et celui du

milieu extérieur.

• Une seringue avec cathéter pour injecter une solution.

• Un système d'agitation comportant une ou plusieurs turbines selon leur taille.

• Des capteurs pour la mesure de la température (thermomètre), du pH (pH-mètre), de la

concentration en oxygène dissous (sonde oxymétrique) …

• Un système de contrôle-commande géré par ordinateur permettant d'enregistrer et

piloter tous les paramètres de fonctionnement.

Figure 13. Le dispoitif d’un fermenteur.

14.5. Les diverses techniques de culture

Deux grandes techniques de culture utilisées dans le fermenteur pour la production des

déférents produits microbiennes; culture discontinue (en batch) et culture continue

(renouvelée).

14.5.1. Culture discontinue

Le procédé est réalisé dans un système fermé dans lequel un même volume de milieu non

renouvelé est utilisé pour la croissance des micro-organismes; la quantité de nutriments est

donc limitée.

14.5.2. Culture continue

La culture du microorganisme se fait en vase non clos (Fig.14) de façon à maintenir en

permanence en phase exponentielle grâce à:



-Renouveler constamment le milieu de culture.

-Récupérer les produits du métabolisme et les déchets.

Figure14. La culture des microorganismes en milieu contenu.

15.Biomasse

15.1. Définition

Le terme de biomasse désigne le matériel organique cellulaire des organismes mis en culture

(animaux, végétaux ou microbiens). La biomasse microbienne est aussi appelée "Single

CellProtein"(SCP) ou protéines d'organismes unicellulaire (POU). Cette biomasse

microbienne peut être une source de protéines, des vitamines, des antibiotiques, des vaccins,

additifs alimentaires, des aliments et le bioéthanol…

15.2. Détermination de la biomasse microbienne

➢ Détermination de la masse sèche: on récupère la biomasse par centrifugation puis

séchée dans un dessiccateur. On procède ensuite au pesage. Plus la biomasse est

élevée plus le nombre de bactérie est grand. Cette technique ne différencie pas les

bactéries vivantes des mortes.

➢ Mesure du trouble d'une suspension microbienne: Elle ne distingue pas la

biomasse morte de la vivante, mais son intérêt principal est sa rapidité et sa facilité

d'application, notamment pour l'analyse dite "en ligne" c'est-à-dire en continu pour

mesurer la biomasse dans un fermenteur.



➢ Mesuredirecte de quelques constituants cellulaires, tels que l'azote total, les

protéines totales ou encore l'ADN total.

➢ Mesure indirecte de l'activité métabolique, en appréciant, par exemple la production

ou la consommation d’oxygèneou de CO2.

15.3. Applications de la biomasse

La production de biomasse constitue souvent le but de nombreuses fermentationsindustrielles:

➢ Production de biomasse-aliment et plus particulièrement production de protéines

d’organismes unicellulaires (Single CellProtéins) essentiellement de levures, plus

rarement de bactéries, moisissures ou algues. Lorsque la biomasse est produite dans ce

but, les protéines ne sont que rarement extraites et purifiées et le produit, en contenant

environ 50%.

➢ Production de levure diététique

➢ Production de levains pour les industries de fermentations.

➢ Production d’agents biologiques pour bioconversions (cellules utilisées libres ou

immobilisées, comme catalyseur).

➢ Production pour des applications particulières comme la lutte biologique (action

insecticide).

15.4. Milieu deculture pour la production de la biomasse

Pour obtenir de bonnes productions de biomasse, il est nécessaire de se placer dans des

conditions où le rendement énergétique est le meilleur, c'est-à-dire lorsqu’il ya oxydation

complète du substrat par l’oxygène de l’air et que toute l’énergie potentielle est libérée et

utilisée pour les synthèses. Il est donc préférable, lorsqu’il est possible, d’utiliser des

germes aérobies ne possédant pas de métabolisme fermentaire ou d’orienter le

métabolisme d’un germe ayant plusieurs voies énergétiques vers la voie oxydative. Pour

obtenir les meilleurs résultats, il faut fournir une quantité d’oxygène pour permettre

l’oxydation complète et tenir compte des mécanismes de régulation.

ChapitreII: production des organismes unicellulaires (POU)



1. Introduction

Les micro-organismes sont utilisés pour leurs cellules elles-mêmes ou pour les produits

extraits de ces cellules. Les probiotiques(pro: pour, biotique: la vie) sont des bactéries ou des

levures aident à la digestion ou à la défense immunitaire. Certains probiotiques peuvent être

pris sous forme de compléments alimentaires. Les plus connus sont les levures de bière ou

encore les bactéries lactiques que l'on trouve dans les yaourts. Lorsqu'ils sont absorbés, ils

apportent des effets bénéfiques sur la santé, comme améliorer la digestion, lutter contre la

diarrhée ou certaines infections de système digestif.

2. Productions des levures

Les levures destinées à la production de cellules sont cultivées dans de grands fermenteurs

aérés des milieux à base de mélasses qui contiennent une grande quantité de sucres comme

une source de carbone et d’énergie, ainsi que des minéraux, des vitamines et des acides

aminés nécessaires à leur croissance. Pour compléter le milieu, on ajout une source de

phosphore (l’acide phosphorique) et une source d’azote et de soufre (le sulfate d’ammonium).

Pour atteindre des volumes de fermenteurs allant de 40000 à 200000 litres.

3. Production des bactéries

Les probiotiques sont généralement des bactéries lactiques, Gram (+), qui nécessitent des

milieux de culture riches. L’optimisation des conditions de fermentation des souches doit

obtenir une grande quantité de biomasse avec une viabilité élevée, et de maintenir la survie

lors du séchage et de la conservation à l’état sec. A l’échelle industrielle, l’optimisation des

conditions de croissance représente une étape importante du procédé de production. Tout

d’abord, le choix des composants du milieu de culture doit répondre aux besoins nutritionnels

des micro-organismes, à des critères réglementaires et à des critères économiques (Tab. 1).

Les meilleures conditions de croissance pour la production par exemple la bactérie de L.

acidophilussont de 40 g/L de glucose, 20 g/L de peptone, 20 g/L d’extraits de levure, 5 g/L de

sodium acétate, 3 g/L de sodium citrate (pH=6,0 et T=30 °C). Des substances prébiotiques

comme le fructose ou l’oligofructosepeuvent également être ajoutées.

Tableau 1. Principaux ingrédients entrant dans la composition des milieux de production des

bactéries lactiques



Lors de la production industrielle, la fermentation est réalisée en culture fermé (batch) ou

Fed-batch. Malgré, la fermentation continue donne généralement de meilleurs rendements

mais elle engendre des risques de contamination et peut conduire à une perte des

caractéristiques de la souche au cours du temps. La biomasse est récupérer par centrifugation.

Elle se présente sous forme de «pâte bactérie très concentrée », qu'il s'agit alors de sécher

avec grande précaution afin de maintenir un maximum de bactéries en vie.

4. Les étapes de la production des levures

Plusieurs étapes intermédiaires de mise à l’échelle sont nécessaires(Fig. 1).

➢ A partir de la souche pure reçue du laboratoire, la levure est d’abord ensemencée en

tubes et ballons pour préparer l’inoculum, source biologique de la production

industrielle.

➢ L’inoculum est destiné à être propagé dans des fermenteurs de tailles croissantes.

Depuis le tube à essais initial jusqu’à la phase finale en fermenteur commercial.

➢ Chaque fermenteur est ensemencée par de la levure, avec des apports précis de

mélasse, de sels nutritifs et d’air, et des contrôles stricts de température et de pH pour



assurer le bon développement et le bon équilibre de la cellule. La fermentation

commerciale dure environ 16 heures.

➢ En fin de croissance, le milieu de culture est éliminé par fermentation et les cellules

lavées à l’eau et recentrifugées, jusqu’à ce qu’elles soient de couleur claire.

➢ On fabrique les cubes de levure humide compressée en ajoutant à la levure de l’agent

émulsifiant, de l’amidon et d’autres additifs pour lui donner la consistance et la durée

de vie souhaitée.

➢ La levure vendue à l’état sec l’est souvent sous dénomination de levure sèche active.

Après mélange avec les additifs, les cellules lavées de levure sont séchées sous vide

jusqu’à 8 % d’humidité, puis emballées en sachets. La levure sèche n’a pas un bon

pouvoir levant en boulangerie que la levure fraiche, mais elle a une durée de vie plus

longue.

➢ La levure diététique, vendus comme complément alimentaire, est stérilisée et en

général sèche à l’air. Elle est riche en vitamine B et en protéines, mais est carencés en

acides aminés soufrés. Elle peut être par exemple ajoutée à la farine de blé ou mais

pour en augmenter la valeur nutritionnelle.

Figure 1. Les étapes de production des cellules de la levure.

5. L’application des microorganismes dans l’industrie



Cinq secteurs sont actuellement concernés par le développement industriel des procédés

biologiques mettant en œuvre des micro-organismes: la santé, 1'agro-alimentaire, l'agriculture,

la chimie et l'énergie (Fig. 2).

5.1. La pharmacie

C'est actuellement le secteur d'application privilégié des biotechnologies qui représente 40,6%

de l'ensemble de ce marché. Les produits commercialisés ont une haute valeur ajoutée et les

industriels de la pharmacie.

➢ Les antibiotiques sont des composés de structure variable produits par diverses

espèces de micro-organismes ou par synthèse. Ils possèdent la propriété d'inhiber la

croissance d'autres micro-organismes et constituent les plus importants produits anti-

infectieux disponibles à ce Jour.

➢ Les vaccins, produits du sang et réactifs de diagnostic devraient voir leurs marchés

doubler dans la décennie à venir grâce à un abaissement sensible du coût de

production.

➢ Les hormones (peptidiques, anti-inflammatoires..) se prêtent bien à une production

par des procédés biotechnologiques car elles ont une forte valeur ajoutée. Le génie

génétique rend possible la production d'insuline, de somatestatine et d'hormone de

croissance.

➢ Les vitamines obtenues par fermentation sont la vitamine B12 et les précurseurs des

vitamines A et B2.

5.2. Industrie alimentaire

➢ L’utilisation des microorganismes est résuméepour la fabrication du pain, des

fromages, de la bière et du vin par fermentation.

➢ Les protéines d'organismes unicellulaires (POU) constituent un type de produits

occupant une place importante sur le marché des produits alimentaires issus des

biotechnologies. Elles sont obtenues par culture de micro-organismes sur des substrats

de matière organique.

➢ Les sirops à haute teneur en fructosequi constituent l'essentiel des produits de ce

marché (environ 92 %). Ils sont produits à partir de l'amidon du maïs.

➢ Les acides aminés (lysine et acide glutamatique surtout) et les acides organiques

(citrique, lactique et itaconique) sont sont utilisés principalement comme additifs dans

l'alimentation.

5.3. La chimie



Il est possible de produire par voie biologique deux molécules de base de la chimie organique:

le méthane et 1'ethylene. La première est obtenue directement par fermentation et la seconde à

partir de l'alcool éthylique produit biologiquement. D'autres fermentations peuvent également

être utilisées et conduire à la fabrication de produits de grande consommation : l'acétone, le

butanol, le glycerol, le butanédiol, les acides organiques, les biodétergents, les huiles et les

graisses...

5.4. L'agriculture :

Deux types de production présentent un intérêt industriel : les bioinsecticides et les

biopesticides.

5.5. L’énergie et environnement

Dans le domaine d’énergie, la production d'éthanol des micro-organismes à partir de la

fermentation des plantes sucrières (canne à sucre, sorgho,betterave, topinambours) est

devenue une réalité industrielle.

Les polluants sont majoritairement descomposés organiques (hydrocarbures, composés

phénolés et chlorés,...) mais la contamination par desmétaux est également

importante.La biodépollution de sols ou d’eaux par les micro-organismes repose sur

l’exploitation de leurs capacitésà réaliser l’ensemble de ces réactions.

Figure 2.Les applications industrielles des microorganismes.

6. Production industrielle des enzymes microbiennes



6.1. Définition

Une enzyme est une protéine possédant de propriétés catalytiques. Pratiquement toutes les

biomolécules capables de catalyser des réactions chimiques dans les cellules sont des

enzymes.

6.2. Le choix d’un microorganisme producteurde l’enzyme

Les enzymes sont des catalyseurs biologiques de nature protéique complexe. Seules les

enzymes microbiennes produites par fermentation ont connu une expansion significative, et

sont préparées industriellement, car les microorganismes présentent de nombreux avantages

comme source d'enzymes: croissance exponentielle et la disponibilité. Dans les secteurs non

alimentaires (chimie, diagnostic, analyses diverses…), le choix des souches n'est pas soumis

aux mêmes contraintes. De façon générale, les micro-organismes sont sélectionnés selon les

principaux critères suivants:

➢ Fournir une bonne production d'enzymes.

➢ En un minimum de temps

➢ Les enzymes extracellulaires (généralement des hydrolases) sont préférables aux

endocellulaires (dont l'extraction est difficile à réaliser).

➢ La souche doit pouvoir se développer sur des substrats moins couteux.

6.3. Milieux de la production des enzymes

Les milieux de productions ont soit des milieux synthétiques ou complexes. Les matières

premières apportant les éléments nutritifs (énergie, carbone, azote, phosphore, soufre,

vitamines…) (Tab.2).

Tableau 2. Sources naturellesd’éléments nutritifs aux microorganismes.

6.4. Le procédé de la fermentation



Les fermenteurs utilisés atteignent des volumes de 100 à 200 m3. Suivant les enzymes et les

procédés, la fermentation dure de 30 à 150 heures. Elle se fait dans un milieu riche, où les

paramètres physico chimiques sont régulés en continu: oxygène, pH, température, moussage

(réduit par l'addition d'anti-mousse). De plus, la mesure de l'activité enzymatique est effectuée

à intervalles réguliers.

6.5. Induction de production

Les inducteurs doivent être présents dans les milieux de production (exemple: l'amidon pour

l'amylase, l'urée pour l'uréase, la xylose pour la xylose isomérase). Certaines molécules

agissent comme inducteurs à faible concentration et comme répresseur à fortes doses

(exemple: cellobiose pour les cellulases). Un effet inducteur est très souvent démontré par des

analogues de substrats (exemple: isopropyl-béta-D- thiogalactoside qui est l'analogue du

lactose pour la β-galactosidase). Les coenzymes peuvent aussi avoir un effet inducteur

(exemple: la thiamine augmente la production du pyruvate carboxylase).

6.5. Microorganismes producteurs des enzymes

Chaque microorganisme produit, généralement en petite quantité, un grand nombre

d’enzymes impliquées dans des mécanismes cellulaires (Tab.3). Toutefois, quelques enzymes

sont produites en beaucoup plus grande quantité par certains micro-organismes pour, par

exemple, dégrader des différentes molécules complexes comme la cellulose, l’amidon ou les

protéines.

6.6. Préparation de l’inoculum

L’échantillon contenant des germes vivants, destiné à être introduit au sein d'un milieu

favorable à sa multiplication, afin de l’identifier, de l’étudier ou d’en produire une quantité

élevée (Fig. 3). La préparation d'inoculum consiste à obtenir les organismes dans un état

optimal qui est compatible avec l'inoculation dans les fermentateurs. L'objectif principal est

généralement d'obtenir un niveau élevé de biomasse viable dans un état physiologique

approprié pour l'utilisation comme inoculum. Une culture adéquate et un milieu de production

sont essentiels pour fournir le bon environnement pour l'inoculum.

Tableau 3. Quelques enzymes produites par les microorganismes



Source Enzyme Microorganisme

Champignons

Amylase

Glucosidases

Proteases

Pectinases

Glucose oxidase

Catalase

Aspergillus oryzae

Aspergillus flavus

Aspergillus niger

Aspergillus niger

Penicillium notatum

Aspergillus niger

Bactéries

Amylases

Proteases

Penicillinase

Bacillus subtilis

levures Invertase

Lactase

Saccharomyces cerevisiae

Saccharomyces fragilis

Figure 3.Les étapes de préparation d'inoculum.

6.7 Méthodes d'extraction et de purification des enzymes

L'enzyme souhaitée produite peut être excrétée dans le milieu de culture (enzymes

extracellulaires) ou peut être présente dans les cellules (enzymes intracellulaires). Selon

l'exigence, l'enzyme commerciale peut être brute ou très purifiée. En outre, il peut être sous

forme solide ou liquide. Les étapes impliquées dans le traitement en aval, c'est-à-dire que les



étapes de récupération et de purification utilisées dépendront de la nature de l'enzyme et du

degré de pureté souhaité.

6.7.1. Extraction

• Définition

Extraction désigne l’action de séparer une enzyme du composé dont elle fait partie. Cette

méthode consiste à libérer l’enzyme de la cellule par éclatement de la paroi ou de la

membrane cellulaire par des procédés physique ou chimique.

En général, le rétablissement d'une enzyme extracellulaire présente dans le bouillon est

relativement plus simple par rapport à une enzyme intracellulaire. Pour la libération

d'enzymes intracellulaires, des techniques spéciales sont nécessaires pour la perturbation

cellulaire. Les cellules microbiennes peuvent être décomposées par des moyens physiques

(sonication, haute pression, perles de verre) ou chimiques (solvants organiques). Les parois

cellulaires des bactéries peuvent être lysées par l'enzyme lysozyme. Pour les levures, on

utilise l'enzyme β-glucanase. Cependant, les méthodes enzymatiques coûtent cher.

6.7.2. La purification

• Définition

La purification est un ensemble d’opérations visant à enlever toutes les impuretés d’un extrait

brut contenant l’enzyme d’intérêt. En principe, n'importe quelle méthode destinée au

fractionnement de protéines peut être employée pour la purification d'enzymes.

• Les étapes de la purification (séparation)

Les étapes de récupération et de purification (brièvement décrit ci-dessous) seront les mêmes

pour les enzymes intracellulaires et extracellulaires, une fois que les cellules sont perturbées

et que les enzymes intracellulaires sont libérées. La considération la plus importante est de

minimiser la perte de l'activité enzymatique souhaitée.

Enlèvement des débris cellulaires:La filtration ou la centrifugation peuvent être utilisées

pour éliminer les débris cellulaires.

Enlèvement des acides nucléiques:Les acides nucléiques interfèrent avec la récupération et

la purification des enzymes. Ils peuvent être précipités et éliminés en ajoutant des substances

spécifiques comme les polyamines et la polyéthylèneimine.

Précipitation enzymatique:Les enzymes peuvent être précipitées en utilisant des sels (sulfate

d'ammonium) ou solvants organiques (isopropanol, éthanol et acétone). La précipitation est

avantageuse puisque l'enzyme précipitée peut être dissoute dans un volume minimal pour

concentrer l'enzyme.



Séparation par chromatographie:Il existe plusieurs techniques chromatographiques pour la

séparation et la purification des enzymes. Ceux-ci comprennent l'échange d'ions, l'exclusion

de taille, l'affinité et l'interaction hydrophobe. Parmi ceux-ci, la chromatographie d'échange

d'ions est la plus couramment utilisée pour la purification enzymatique.

6.7.3. Conservation

La forme concentrée de l'enzyme peut être obtenue par séchage. Cela peut se faire par des

évaporateurs ou des lyophilisateurs. L'enzyme séchée peut être emballée et commercialisée.

Pour certaines enzymes, la stabilité peut être obtenue en les gardant dans des suspensions de

sulfate d'ammonium.

Toutes les enzymes utilisées dans les aliments ou les traitements médicaux doivent être de

pureté élevée. Ces enzymes doivent être totalement exemptes de substances toxiques, de

microorganismes nuisibles et ne doivent pas provoquer de réactions allergiques.

Exemple :

L'invertase [β-fructofuranosidases (EC.3.2.1.26)] est une enzyme largement utilisé dans

l'industrie des aliments et des boissons pour produire des bonbons, des chocolats, de l'acide

lactique et du glycérol, etc. L'invertase est produite par différentes souches

demicroorganismes, Saccharomyces cerevisiae est la souche primaire utilisée pour la

production d'Invertase commercialement.



Chapitre III: Production des métabolites

1. Production des acides aminés

Les acides aminés synthétisés dans la cellule sont utilisés, pour la plus grande partie d’entre

eux, pour la formation de protéines car de nombreux systèmes de régulation sont présents

dans la cellule. De nombreux mutants ont été isolés pour augmenter la production d’acides

aminés.Les acides aminés les plus intéressants du point de vue industriel sont les acides

aminés « indispensables ».

Il existe plusieurs modes de production des acides aminés:

➢ Ils peuvent être obtenus par synthèse chimique

➢ Par catalyse enzymatique.

➢ Par extraction à partir d’une matière primaire riche en acide aminé recherché.

➢ Par culture microbienne (c’est l’intérêt du notre cours).

2. Domaine d’utilisation des acides aminés produits par les microorganismes

• Ils entrent dans les produits alimentaires. Ex: la glycine et l'alanine sont ajoutés à

certains produits alimentaires pour améliorer leur saveur. L'acide glutamique sert, sous

forme de sel (glutamate monosodique ou GMS), de renforçateur de goût "goût de

bouillon".

• Agents édulcorant (pouvoir "de goût sucré") en nutrition humaine. Ex: l'aspartam

=d'aspartate + phénylalanine.

• Augmentation de la valeur nutritive des produits végétaux par l’addition des acides

aminés essentiels comme la lysine et la méthionine.

3. Les microorganismes producteurs des acides aminés

La culture microbienne est une méthode de production économique lorsqu’il existe une

souche microbienne hyperproductrice de l’acide aminé désiré. Les bactéries appartenant au

genre Corynebacterium(Corynebacteriumglutamicum, Brevibacteriumflavum) ainsi que des

souches génétiquement modifiées de l’espèce bactérienne Escherichia coli sont les micro-

organismes les plus souvent utilisés. Le tableau 1 donne quelques microorganismes

producteurs des différents acides aminés.



Tableau 1. Microorganismes producteurs des acides aminés.

4. Les voies métaboliques de la synthèse des acides aminés

Pour la synthèse d’un acide aminé par un microorganisme, il nécessite la présence des

intermédiaires pour former la chaine carbonée et d’autres pour la fonction amine (NH2).La

synthèse de la chaine carbonée des acides aminés s’effectue à partir de produits intermédiaires

du métabolisme des glucides (glycolyse, voies des pentoses phosphate et cycle de Krebs). Ces

intermédiaires sont phosphoénolpyruvate, phosphoglycérate, pyruvate, acétyl-CoA,

oxaloacétate et α-cétoglutarate.

Le groupement amine provient d’un autre acide aminé par une réaction de transamination(Fig.

1)ou il provient d’une molécule inorganique (NH4+, N2..) par le processus d’amination.

Figure.1.La réaction de transamination.



4.1. Synthèse des acides aminés issus du glutamate

Le glutamate va servir de donneur de groupement aminé à un grand nombre d'autres acides

aminés(Tab.2), par des transaminations.

Tableau 2. Réactions des transaminations possibles.

acide α-cétonique 1 acide aminé 2

oxaloacétate Aspartate

pyruvate Alanine

α-céto-β-méthyl valérate Isoleucine

α-cétoisovalérate Valine

phénylpyruvate Phenylalanine

4-hydroxyphényl pyruvate Tyrsine

préphénate Arogénate (précurseur de Phe et Tyr)

3-phosphohydroxy pyruvate 3-phosphosérine

AA1= glutamate AC2= cetoglutarate

Le L-glutamate peut être formé par amination de l’α-cétoglutarate (produit du cycle de

Krebs)(Fig. 2):

Figure 2.La formation du glutamate en présence du NH3.

4.2. Synthèse des acides aminés issus de l’aspartate

Le L-aspartate est formé par amination du fumarate (produit du cycle de Krebs)(Fig. 3).



Figure 3. La formation de l’aspertate à partir du fumarate

L’aspartate s’ouvre les voies de la biosynthèse de la lysine, de la méthionine, de la thréonine

et de l’isoleucine.

-L’accumulation de lysine peut être obtenue chez des mutants auxotrophes pour la méthionine

et la thréonine.

-La thréonine est accumulée par des mutants auxotrophes pour la lysine et la méthionine.

-L’isoleucine peut être préparée à partir de milieux riches en thréonine par

Streptomycesrimosus ou Serratia et à partir de milieux contenant de l’α-ABA (acide α-

aminobutyrique) par des souches de Bacillus subtilis, Pseudomonas, E.coli .

-L’α-ABA et l’isoleucine exercent un effet stimulant sur l’accumulation d’homosérine par des

mutants auxotrophes pour la thréonine. La figure 3résume la production des acides aminés à

partir des différents intermédiaires.



Figure 3. Production des acides aminés chez les mico-organismes.

2. la production des alcools

2.1. Définition

Un alcool est un composé organique dont l'un des carbones est lié à un groupe hydroxyle (-

OH).

2.2. Classification

Selon la nature du radical lié le carbone portant le groupement OH, on distingue:

• Les alcools primaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à

deux atomes d’hydrogéne et un radical organique R

• Les alcools secondaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à

un atome d’hydrogéne et deux radicaux organiques R et R'.

• Les alcools tertiaires, dont le carbone comportant le groupement hydroxyle est lié à

trois radicaux organiques R, R′ et R″.



• les phénols, sont considérés comme des alcools particuliers dont le groupement

hydroxyle est lié à un carbone d’un cycle benzénique.

2.3. Domaines d’utilisation des acools

Les alcools sont utilisés dans l'industrie chimique comme :

Solvant: l'éthanol, peu toxique, est utilisé dans les parfums et médicaments.

Réactifs: les esters peuvent être synthétisés à partir des alcools.

Antigels: la basse température de solidification de certains alcools comme le méthanol et

l’éthylène glycol en font de bons antigels.

2.4. Les voies métaboliques de la synthèse des alcools

La fermentation alcoolique est un processus biochimique par lequel des sucres (glucides,

principalement le glucose) sont transformés en alcool (éthanol) et CO2, en absence

d’oxygène. Alors que, chez les eucaryotes, la totalité du glucose est métabolisé par la voie de

glycolyse, les micro-organismes possèdent une variété d’autres voies qui fonctionnent souvent

en parallèle(Fig. 4).



Figure 4.Principales voies de dégradation de glucose chez les bactéries.

2.4.1. Voie d’Embden-Meyerhof (EM) ou glycolyse

Elle a été la première voie connue. C’est celle qui est suivie aussi bien chez les

animaux(muscles) que chez les levures et chez un grand nombre de bactéries aérobies,

anaérobies strictes ou facultatives. Tous ces organismes cependant ne forment pas les mêmes

produits finaux. Il ya un tronc commun jusqu’au pyruvate(Fig. 5) dans lequel se trouvent les

réactions caractéristiques de cette voie:

-L’activation du glucose (a).

-Le clivage de l’hexose par l’aldolase (b).

-La formation de deux trioses (c).

-La phosphorylation oxydative du triose phosphate (d) (avec comme conenzyme le NAD+).

La formation d’ATP (e).

-La production de pyruvate.

Le bilan s’établit comme suit:

Glucose + 2 NAD++2ADP+2Pi 2 Pyruvate+ 2NADH+2H+ +2ATP.



Figure 5. Voie glycolytiqued’Embden-Meyerhof (EM)

2.4.2. Destinée du pyruvate

Selon l’équipement enzymatique des espècesmicrobiennes, on obtiendra différents produits de

fermentation à partir du pyruvate; il peut aussi êtrecomplètement oxydé. De nombreuses

fermentations ont un intérêt industriel ou diagnostique.

La fermentation alcoolique (production d’alcool)

Cette fermentation, qui est à la base de la fabrication du vin, de la biére et du pain, est réalisée

par des levures dont S. cerevisiae est la plus courante (levure de boulangerie). La

transformation du pyruvate en ethanol se fait selon la réaction suivante:



Le bilan global de la réaction peut s’établir comme suit:

Glucose + 2ADP + 2Pi 2 CO2 + 2 Ethanol + 2 ATP

2.5. Microorganismes producteurs des alcools

Fermentation par les levures

Saccharomyces cerevisiae, une souche utilisée industriellement pour la fermentation

alcoolique, elle utilise le glucose comme une source de carbone, d’autres espèces de levures

peuvent convertir la xylose en éthanol (Pichiastipitis, Candida..).

Fermentation par les bactéries

La xylose est convertible en éthanol par plusieurs espèces de bactéries thermophiles comme

Thermoanaerobacterethanolicus, Clostridriumthermohydrosulfuricumou par des souches

modifiées de Bacillus stearothermophilus. Des bactéries mésophiles comme Escherichia coli

et Klebsiellaoxytocaou K.planticolasont également capables de fermenter les pentoses.

3. Production des acides organiques

3.1. Définition

Un acide organique est un composé capable de libérer un cation (ion chargé positivement) H+

en milieux aqueux. Les acides organiques les plus courants sont les acides carboxyliques:

Acide lactique, acide acétique, Acides propionique, acide butyrique, acide citrique…etc.

3.2. Domaine d’utilisation des acides organiques

Les acides organiques sont des additifs très utilisés dans l'industrie alimentaire.

Ils peuvent servir d'agents de conservation, d'acidifiants, d'antioxydants et d'émulsifiants.

NB

On peut extraire des grandes quantités d’acides organiques au cours du métabolisme normal

des certains microorganismes.

3.3. Micro-organismes producteurs des acides organiques

Les espèces microbiennes impliquées dans la production des acides organiques se différent

selon le type de l’acide d’intérêt industriel (Tab. 3).



Tableau 3.Les acides organiques produits par les micro-organismes et leurs utilisations dans

l’industrie alimentaire.

3.4. Voies métaboliques de production des acides organiques

La production des acides organiques se commence par la dégradation du glucose (glycolyse)

et la formation du pyruvate. La transformation du pyruvate en acide organique s’appelle un

processus de fermentation.

a) Fermentation homolactique

L’acide lactique est le produit essentiel de ce type de fermentation (>90% des produits

formés), contrairement à la fermentation hétérolactique (entre 25 et 90% d’acide lactique).

Cette formation se fait selon la réaction suivante:



La fermentation homolactique est effectuée par tous les espèces des genres bactériens

Streptococcus, Pediococcuset Microbacterium, par beaucoup de Lactobacillus, par certains

Bacillus et certaines moisissures (Phycomycètes: Oomycètes).

b) Fermentation hétérolactique

La fermentation hétérolactique qui donne du lactate, de l'éthanol et du CO2.

C6H12O6 CH3-CHOH-COOH + CO2 + CH3-CH2OH.

Cette voie fait suite à celle de Warburg-Christian. On l’appelle aussi voie des pentoses

phosphates ou voie de Dickens et Horecker (qui l’ont decouverte en 1955). Ce type de

fermentation est rencontré chez les Leuconostoc, les bactéries

Lactobacillushétérofermentaires, diverses entérobactéries et la moisissure

Rhizopusoryzae(Fig. 6).



Figure 6. Fermentation hétérolactique.

c) La fermentation butyrique

Essentiellement réalisée par des Clostridiumsaccharolytiques (C. tyrobutyricum, C.

butyricum, C. pasteurianum...). Elle entraîne des gonflements très importants des fromages à

pâte dure, à cause du dégagement d’hydrogène (Fig 7).



Figure 7.La production de l’acide butyrique.1, Enzymes du glycolyse; 2, pyruvate-

déshydrogenase ;3, hydrogénase; 4, acetyl-CoA-acetyltransferase (thiolase); 5, ß-hydroxybutyryl-

CoAdeshydrogenase; 6, crotonase; 7, butyryl-CoAdehydrogenase; 8, phosphotransbutyrylase; 9,

butyrate kinase.

d) Fermentationpropionique

Diverses bactéries anaérobies strictes ou facultatives (Propionibacterium, certains

Clostridium, Corynebacterium, Neisseria, Veillonella…) produisent par fermentation l’acide

propionique. L’acide propionique est formé par réduction du pyruvate, ou par décarboxylation

de l’acide succinique (Fig. 8).

Figure 8. La production d’acide propionique.



e) Fermentation acide mixte

La fermentation acide mixte se caractérise par une divercité des produits de fermentation.Elle

est réalisée par des Entérobactéries appartenant aux genres Escherichia, Salmonella, Proteus,

Shigella et Yersinia. Elle est aussi rencontrée chez les Vibrio, certains Aeromonas… Elle est

caractérisée par la production d’éthanol et de plusieurs acides organiques: acides lactique,

acétique, succinique et formique(Fig. 9).

Figure 9. La fermentation mixte.

4. Synthèse des vitamines (B12, B2, A)

4.1. Déffinition

Les vitamines sont des substances organiques nécessaires au bon fonctionnement de

l'organisme. Le corps humain ne peut généralement pas les produire seul, et leur apport

alimentaire est donc indispensable. Il s'agit d'un groupe de molécules chimiquement très

hétérogènes. Ce sont des substances de faible poids moléculaire.

4.2. Classification des vitamines

On distingue 13 vitamines différentes, que l’on classe en deux groupes selon leur solubilité :

les vitamines liposolubles et vitamines hydrosolubles.



4.2.1. Les vitamines hydrosolubles

Ce sont la vitamine C et les vitamines du groupe B (B1, B2, B3 ou PP, B5, B6, B8, B9 et

B12). Elles sont solubles dans l’eau, et par conséquent se dispersent dans les liquides de

l’organisme, sans être stockées : ce facteur les rend très peu toxiques, puisque même en cas de

surconsommation, elles sont évacuées dans les urines. Cela fait aussi que si l’alimentation

n’apporte pas régulièrement plus de 50% des apports recommandés, de petites carences

peuvent se développer en l’espace d’un mois. Leur effet maximal dans l’organisme survient 8

à 14h après ingestion. De manière générale, les vitamines hydrosolubles sont apportées en

majorité par les fruits et légumes.

4.2.2. Les vitamines liposolubles

Ce sont les vitamines A, D, E et K. elles sont dissoutes et stockées dans les tissus adipeux, ce

qui peut les rendre toxiques à haute dose. Cette propriété fait également que l’on peut les

apporter de manière moins régulière que les vitamines hydrosolubles. De manière générale,

les vitamines liposolubles sont apportées par les lipides alimentaires (huiles, poissons gras,

jaunes d’œufs, abats, foie, etc.), à l’exception de la vitamine D dont la seule source vraiment

intéressante reste le soleil.

4.3. Biosynthèse des vitamines par les micro-organismes

Les microorganismes prototrophes sont capables de synthétiser tous les facteurs de

croissance, et en particulier toutes les vitamines dont ils ont besoin; certains en libèrent dans

le milieu des quantités intéressantes. Il est possible, par perturbation du métabolisme, de faire

préparer par des microorganismes (tableau ) la plupart des vitamines ou provitamines

(panthoténate, pyridoxine, biotine, thiamine, acide folique, acide lipoїque, nicotinamide,

riboflavine, cyanocobalamine, précurseurs des vitamines A, C, D, vitamine K, coenzyme Q,

inositol…). Certaines de ces productions ont un grand intérêt industriel, comme la vitamine

B2 ou riboflavine et surtout la vitamine B12 ou cyanocobalamine dont la seule source est

microbienne. En outre, le β-carotène, précurseur de la vitamine A, est souvent préparé par

voie microbiologique.

4.4. Micro-organismes producteurs des vitamines

Le tableau4 montre quelques micro-organismes producteurs des vitamines.



Tableau 4. Quelques micro-organismes producteurs des vitamines.

4.5. La vitamine B12

Vitamine B12 (Fig. 10) est une vitamine essentielle au fonctionnement normal du cerveau.

Elle participe à la synthèse de neuromédiateurs du système nerveux et à la formation du sang.

Elle est normalement impliquée comme cofacteur dans le métabolisme cellulaire, plus

particulièrement dans la synthèse de l'ADN et sa régulation ainsi que dans la synthèse des

acides gras et dans la production d'énergie.

Figure 10. La structure de la vitamine B12.



4.5.1. Milieu de culturepour production de Vit B12

Le milieu de culture utilisé pour la production industrielle de cette vitamine est composé

essentiellement:

1-D'une source de carbone (Glucose ou mélasses de betterave (est une mixture résultant du

raffinage du sucre extrait de la betterave suciére).

2-D'une source d'azote(farines de poisson, corn steep (fraction protéique soluble et concentrée

du grain de maïs) , hydrolysat de caséine (riche en acides aminés et sels minéraux).

3-D'un tampon (CaCO3).

4-D'une source de cobalt (CoCl2).

5-D'un précurseur:5',6-diméthylbenzimidazol à partir de riboflavine.

La fermentation se déroule généralement à 27°C, pendant 3 jours.

4.5.2. Production de vitamine B12 par Propionibacteriumsp

Propionibacteriumfreudenreichii, P. shermanii, et leurs souches mutantes sont couramment

utilisées pour la production de vitamine B12. Le processus s'effectue en ajoutant du cobalt en

deux phases.

Phase anaérobie

Il s'agit d'une phase préliminaire qui peut durer de 2 à 4 jours. Dans la phase anaérobie, le 5'-

désoxyadenosylcobinamide est principalement produit.

Phase aérobie

Dans cette phase, le 5, 6-diméthylbenzimidazole est produit à partir de riboflavine qui

s'incorpore pour former finalement la coenzyme de la vitamine B12, à savoir 5'-

désoxyadenosylcobalamine.

4.6. La vitamine B2

La riboflavine (vitamine B2) (Fig. 11)est une vitamine soluble dans l'eau, essentielle à la

croissance et à la reproduction chez l'homme et les animaux. La carence en riboflavine chez le

rat provoque un retard de croissance, une dermatite et des lésions oculaires. Chez l'homme, la

carence en vitamine B2 entraîne une cheilosis (fissures au coin de la bouche), une glossite

(langue violacée) et une dermatite. La riboflavine exerce ses fonctions biochimiques à travers

les coenzymes, à savoir la flavine adénine dinucléotide (FAD) et la flambe

mononucléotidique (FMN).



Figure 11. La structure de la vitamine B2.

4.6.1. Les micro-organismes producteurs

La voie biosynthétique de la riboflavine, élucidée pour les microorganismes Ashbyagossypii

et Eremotheciumashbyii. La surproduction de riboflavine dans ces organismes se déroule

principalement en raison de la nature constitutive des enzymes de synthèse de la riboflavine.

Le fer qui inhibe la production de vitamine B12 dans Clostridium et les levures n'a aucun effet

sur A. gossypii et E. ashbyii. Les bacteries peuvent être employés pour la production de

riboflavine. Dans la fermentation acétone-butanol, en utilisant les bactéries Clostridium aceto-

butylicum et Clostridium butylicum, la riboflavine est formée comme sous-produit.

4.6.2. Milieu de culture de la production de riboflavine

La production industrielle de la riboflavine est principalement réalisée avec Ashbyagossypii et

Eremotheciumashbyii en utilisant:

-Sucres simples tels que le glucose et la liqueur de maïs comme source de c. Le glucose peut

être remplacé par du saccharose ou du maltose.

-Les lipides tels que l'huile de maïs sont ajoutés au milieu à des sources énergétiques, ont une

influence profonde sur la production de riboflavine.

-La supplémentation du milieu avec de l'extrait de levure, des peptones, de la glycine, de

l'inositol, des purines augmente également le rendement en riboflavine.

-La supplémentation du milieu avec de l'extrait de levure, des peptones, de la glycine, de

l'inositol, des purines augmente également le rendement en riboflavine.

a) Fermentation par phases:

Certaines études ont été réalisées pour comprendre le processus de fermentation de la

riboflavine notamment par les ascomycètes. Il est maintenant admis que la fermentation se

fait par trois phases.

Phase I:



Cette phase est caractérisée par une croissance rapide de l'organisme en utilisant du glucose.

l'acide pyruvique s'accumule, le pH devient acide. La croissance de l'organisme s'arrête

lorsque le glucose est épuisé. Dans la phase I, il n'y a pas de production de riboflavine.

Phase II

La concentration de pyruvate diminue. Simultanément, il y a une accumulation d'ammoniaque

(due à une activité désaminase améliorée) qui rend le milieu alcalin. La phase se caractérise

par une production maximale de riboflavine. Mais c'est principalement sous la forme de FAD

et une petite partie sous forme FMN.

Phase III

Dans cette dernière phase, les cellules se perturbent par un processus d'autolyse. Cela permet

la libération de FAD, FMN et de riboflavine libre dans le milieu.

b) Récupération

La riboflavine se trouve dans un bouillon de fermentation et sous une forme liée aux cellules.

Ce dernier peut être libéré par traitement thermique (120 ° C) pendant une heure. Les cellules

peuvent être jetées après la filtration ou la centrifugation. Le filtrat peut encore être purifié et

séché, conformément aux exigences.

c) Autres sources de carbone pour la production de riboflavine

Outre les sucres, d'autres sources de carbone ont également été utilisées pour la production de

riboflavine. Une pure teneur en riboflavine peut être préparée en utilisant Saccharomyces sp,

en utilisant de l'acétate comme seule source de carbone. L'organisme

Hansenulapolymorphautilisant le méthanol a été trouvé pour produire de la riboflavine. Les

autres sources de carbone utilisées avec un succès limité pour la production de riboflavine

sont les hydrocarbures aliphatiques (organisme Pichiaguilliermoudii) et le n-hexadécane

(organismes Pichiamiso).

4.7. Provitamine A

Β-carotène est la pro-vitamine A. Lorsqu'elle est ingérée, elle se transforme en vitamine A

dans l'intestin(Fig. 12). La vitamine A est une vitamine liposoluble nécessaire à la vision, à la

croissance et à la reproduction. La carence en vitamine A provoque une cécité nocturne, des

changements dans la peau et des membranes muqueuses.



Figure 12. La production de la vitamine A à partir du B-carotène.

4.7.1. Microorganismes producteurs de la vitamine A

Les champignons Blakesleatrispora, PhycomycesBlakesleeanus et Choanephoracucurbitarum

sont les plus fréquemment utilisés pour la production de β-carotène. Parmi ceux-ci,

Blakesleatrispora est préféré en raison du rendement élevé.

4.7.2. Processus de production de la provitamine A

La production industrielle du β-carotène est principalement réalisée par Blakesleatrispora. Le

milieu de fermentation contient de l'amidon de maïs, de la farine de soja, de la ione ionique,

des antioxydants, etc. L'addition d'antioxydants améliore la stabilité du β-carotène dans les

cellules. La fermentation s'effectue par processus submergé. La fermentation commence

habituellement en mélangeant les cultures des deux formes sexuelles, (+) et (-) ouches de B.

trispora. Le rendement en β-carotène est significativement plus élevé avec les cultures mixtes,

par rapport aux souches + ou - . Ceci est dû au fait que la production de β-carotène se produit

principalement lors du processus de formation de zygospore. On peut dire ici que l'utilisation

de souches mélangées n'améliore pas le rendement pour d'autres microorganismes (comme

cela a été observé dans le cas de Blakesleatrispora).

4.7.3. Facteurs affectant la production

L'acide trisporique qui peut agir comme une hormone sexuelle microbienne améliore le

rendement de production du β-carotène. Les ß-ionones améliorent la synthèse du B-carotène

en augmentant l'activité des enzymes, et non par leur incorporation directe dans le β-carotène.

Lorsque le milieu de fermentation est complété par du kérosène purifié, la production de β-

carotène est pratiquement doublée. Le kérosène augmente la solubilité des substrats

hydrophobes.

4.7.4. Récupération



Le mycélium riche en β-carotène peut être directement utilisé comme additif alimentaire. Pour

la purification, le mycélium est éliminé, soumis à une déshydratation (par le methanol) et

extrait dans du chlorure de méthylène. Ce produit a une pureté de 70 à 85% qui peut être

purifié selon les exigences.

5. La production des polysaccharides

5.1. Définition

Les polysaccharides (parfois appelés glycanes, polyosides, polyholosides ou glucides

complexes) sont des polymères constitués de plusieurs oses liés entre eux par des liaisons

osidiques.

5.2. Classification des polysaccharides microbiens

La plupart des microorganismes synthétisent plusieurs types de polysaccharides qui peuvent

être classés selon leur localisation dans la cellule. Certains se trouvent à l’intérieur de la

cellule, dans le cytoplasme, où ils sont utilisés par le microbe comme source d’énergie.

D'autres sont des composants de la paroi tels que les peptidoglycanes et les acides

téichoïques. Enfin, un troisième groupe de polysaccharides est excrété à l'extérieur de la

cellule (exemple : dextranes, levanes, xanthanes...etc). Selon leur composition chimique, les

polysacharides peuvent être subdivisés en deux groupes: les homopolysaccharides et les

hétéropolysaccharides. Tandis que les homopolysaccharides sont constitués d'un seul type de

monomère saccharidique, les hétéropolysaccharides peuvent contenir plusieurs types de

sucres. Parmi les homopolysaccharides, on retrouve les dextranes et les levanes. Le groupe

d’exopolysaccharidesle plus large et le plus diversifié est le groupe des hétéropolysaccharides

qui se composent de plusieurs types d'oses constitutifs comme les xanthanes.

5.3. Utilisations et applications industrielles

-La gomme Xanthane a été utilisée dans un grand nombre d'applications, en tant qu'agent de

suspension, un stabilisateur d'émulsion, un amplificateur de mousse ou un améliorant du

volume de la pâte, mais il est également utilisé comme adhésif et pour l'inhibition de la

formation de cristaux de glace, tant dans les industries alimentaires que non alimentaires.

-Il a trouvé que les dextranes sont utilisés pour la premières fois dans le support

chromatographique et dans le plasma sanguin pour moduler l’écoulement du sang.

-Dans les produits laitiers, les dextranes sont utilisés comme additifs alimentaires et agissent

comme texturants en augmentant la viscosité et comme stabilisateurs.

-Les polysaccharides bactériens sont antigéniques et quelques-uns sont utilisés comme

vaccins.



5.4. Les dextranes

Le dextrane est un exopolysaccharide formé par la condensation des unités α (1-6) glucose et

ramifiés par des résidus de glucose par des liaisons α(1- 3) et moins fréquemment par α(1-2)

et α(1-4)(Fig. 13).

Figure 13. La structure du dextrane

5.4.1. Microorganismes producteurs du dextrane.

Ledextrane produit par Leuconostocmesenteroidesest synthétisédans une solution de

saccharose, mais il peut aussi être produit à partir d'un extrait enzymatique extracellulaire, la

dextrane-sucrase. Le dextrane est aussi synthétisé par Streptococcussanguis qui produit un

dextrane constitué de 82% de liaisons α (1-6) alors que Streptococcusmutans produit

essentiellement un dextrane de 95% de liaisons α (l-3).

5.5. Leslevanes

Les levanes sont des homopolysaccharides linéaires composés de résidus de fructose B (2-6)

(Fig.14). Ils sont produitspar Streptococcussalivarus, Bacillussubtilis et Zymomonasmobilis.



Figure14. La structure du levane.

Pour la production du levane microbienne avec Paenibacilluspolymyxa, le sirop de canne de

sucre clarifié et la mélasse de betterave à sucre a entraîné des rendements très faibles. Par

conséquent, la peptone a été ajoutée au sirop de canne et la mélasse de betterave a été soumise

à divers prétraites coûteuses, comme le faire passer par filtration sur gel et colonnes d'échange

d'anions afin d'augmenter les rendements dulevane à des niveaux comparables au saccharose.

Pour produire du lévane à partir de Zymomonasmobilis, la mélasse de canne à sucre et le sirop

de canne à sucre ont été clarifiés par centrifugation suivie d'une filtration et ensuite utilisés à

250 g / L de concentration de glucides.

5.6. Lesxanthanes

La chaîne principale de ce polysaccharide est constituée par un enchaînement de

glucopyranoses reliés entre eux par des liaisons β (1,4)glucosidiques (cellulose), pour tous les

2 résidus de glucose une chaîne latérale constituée par 2 résidus de mannopyranoses encadrant

1 résidu d'acide glucuronique(Fig. 15). Le taux d'estérification est variable selon les souches

et les conditions de fermentation.



Figure15. La structure du xanthane.

5.6.1. Microorganisme producteur et le milieu de la culture

Le xanthane est un polysaccharide extracellulaire visqueux (gomme), synthétisé

essentiellement par la souchede Xanthomonascampestris. La production du xanthane est

obtenue par fermentation aérobie de cette bactérie et elle suit le métabolisme des glucides en

milieu où le pH =7 et à une température de 28°C. La production duxanthane s'arrête quand le

pH est de l'ordre de 5,0. La production est optimale quand la concentration en glucose est de

l'ordre de 1 à 5%. En dehors de ces conditions, la production est nulle ou fortement ralentie.

6. Production des hormones

6.1. Introduction

Les hormones végétales sont une classe de substances organiques qui sont synthétisées

pendant le métabolisme des plantes. Ils ont un effet physiologique évident sur la croissance

des plantes à très faibles concentrations. Généralement, les hormones végétales sont

principalement divisées en 5 catégories: les auxines, les cytokinines, l'éthylène, les

gibbérellines (AG) et l'acide abscisique (ABA). La production de l'hormone végétale est

principalement obtenue grâce à l'extraction des plantes, à la synthèse chimique ainsi qu'à la

fermentation microbienne. Cependant, le rendement extrêmement faible dans les plantes et la

structure chimique relativement complexe limitent le développement des 2 premières

approches. Par conséquent, on a accordé plus d'attention à la production fermentative

microbienne. Par ce dernier, les développements et les réalisations technologiques des 2

hormones végétales importantes (AG et ABA) ont été discutés.



6.2. Définition

Les hormones sont des molécules organiques pouvant influencer la physiologie et le

développement des plantes et des animaux, et ce, même en faible concentration.

6.3. Rôle des hormones

Les hormones végétales, aussi appelées phytohormones, les plus connues sont l'auxine, la

gibbérelline, la cytokinine, l'éthylène et l'abscissine (acide abscissique).Elles

jouentnotamment un rôle important dans la régulation de la croissance et la floraison de la

plante.

6.4. Gibbérellines

Les Gibberellines sont des hormones végétales qui stimulent la croissance des plantes. Ils

favorisent la croissance par l'élargissement des cellules et la division cellulaire. Les effets

observables des gibbérellines comprennent le stimulus de la germination des graines, la

floraison et l'allongement des tiges. Les gibbérellines sont des diterpènesde 20carbones (Fig.

16). Ce sont des structures hydrophobes. On connaît 125 gibbérellines différentes dont 10

chez les champignons, 100 chez les végétaux. Elles sont notées de GA1 à GA125.

Figure16. La structure de la gibbérelline.

6.5. Production microbienne de gibberellines

Le champignon nommé Gibberellafujikuroi a été trouvé pour produire des gibbérellines. Il

s'agit en fait d'un champignon pathogène de semis de riz. La production de gibberelline peut

être effectuée en utilisant un milieu glucose-sel à pH 7,5 et une température de 25 ° C pendant

2-3 jours. Le processus de fermentation est effectué dans un procédé fermé aéré. Après la

croissance du champignon est maximale, la production de gibbérellines commence.

6.6. L'acide abscisique (ABA)

L'acide abscisique (ABA) est un sesquiterpenoide (C15H20O4) (Fig. 17) qui a été identifié

comme un inhibiteur de croissance s'accumulant dans des fruits et des feuilles.Ilpermit de

réguler de nombreux aspects de la croissance et du développement de la plante, y compris la



maturation des embryons, la dormance des graines, la germination, la division cellulaire et

l'allongement, l'induction florale et les réactions aux contraintes environnementales telles que

la sécheresse, la salinité, le froid, les attaques pathogènes et les rayons UV.

Figure17. La structure de L'acide abscisique.

6.7. Les microorganismes producteurs de l’acide abscisique

Dans des études récentes, l'endophyte bactérien Bacillus amyloliquefaciens s'est révélé

produire de l'ABA et, en tant que tel, a le potentiel d'augmenter la résistance des plantes au

stress de la salinité.

La présence d'ABA a été démontrée dans plusieurs champignons, comme

Cercosporarosicola, C. cruenta, Botrytis cinerea et autres champignons phytopathogènes,

comme un métabolite secondaire. Il a été démontré que les micromycètes du sol, Aspergillus

niger et Cladosporiumcladosporioides, ont produit de l'ABA.

Les bactéries favorisant la croissance des plantes telles que Azospirillum produisent les

phytohormones ABA. Les bactéries fréquemment trouvées dans le corps humain qui vivent

également dans le sol et dans l'eau (Proteus mirabilis, P. vulgaris, Bacillus megaterium, B.

cereus, Klebsiellapneumoniae et Escherichia coli) produisent également de l'ABA.

7. Production des antibiotiques

7.1. Définition

Un antibiotique est une molécule naturelle ou synthétique qui détruit (a.b bactéricide) ou

bloque la croissance des bactéries (bactériostatique). Un même antibiotique peut être

bactériostatique à faible dose et bactéricide à dose plus élevée. Un grand nombre

d'antibiotiques sont des molécules naturelles, fabriquées par des champignons ou d'autres



bactéries. Cette production pour éliminer les bactéries concurrentes avec lesquelles dans leur

environnement.

7.2. Mécanismes d’action des antibiotiques

Les mécanismes d’action des antibiotiques sont très variables. Ils sont plus ou moins

spécifiques de certaines familles bactériennes. Les antibiotiques naturels utilisés en

thérapeutique sont produits par des bactéries ou des mycètes. Les antibiotiques synthétiques

sont habituellement des analogues ou des dérivés d’antibiotiques naturels. Parmi des centaines

d’antibiotiques connus, la plupart sont toxiques pour les cellules eucaryotes. Les cibles Les

plus communs des antibiotiques sont illustrées à la figure (18). Les mécanismes d’actions des

antibiotiques sont les suivant:

1. Inhibition de la synthèse de la paroi cellulaire.

2. inhibition de la synthèse de la membrane cellulaire.

3. Inhibition de la structure et de la fonction des acides nucléiques.

4. Inhibition de la synthèse des protéines.

5. Blocage des voies métaboliques clés.

7.2.1. Action sur la paroi bactérienne

La plupart des cellules bactériennes sont encadrées par une couche rigide de peptidoglycane

(PG) qui protège les cellules en fonction de la pression osmotique. Pour rester en vie, les

bactéries doivent nécessairement synthétiser le peptidoglycane par des enzymes des

transglycosylases et des transpeptidases. Les antibiotiques comme les pénicillines et les

céphalosporines sont capables de bloquer la réticulation des unités de peptidoglycane en

inhibant la formation de la liaison peptidique. L’antibiotique bloque aussi la synthèse de la

paroi par inhibition de la transpeptidase ce qui inhibe la synthèse de la paroi. Ceci empêche

la formation de nouvelles bactéries et peut entraîner la destruction de celles déjà existantes.

7.2.2. Déstabilisation de la membrane cellulaire

Les classes d'antibiotiques qui endommagent les membranes cellulaires des bactéries sont

spécifiques dans chaque groupe microbien en fonction des différents types de lipides dans

leurs membranes cellulaires. Par exemple Les polymyxines provoquent la désintégration de la

membrane cellulaire bactérienne en se liant efficacement à la couche lipidique.

7.2.3. Inhibition de la synthèse des acides nucléiques

L’inhibition de la synthèse des acides nucléiques est contraire à la survie des cellules

bactériennes. Les antibiotiques interfèrent avec la synthèse des acides nucléiques en bloquant

la réplication ou l'arrêt de la transcription. Le groupe des antibiotiques de quinolones, par

exemple empêche le processus de réplication de l'ADN chez les bactéries sensibles. La



perturbation d’activités enzymatique de l'ARN polymérase, empêche la synthèse de l'ARN.

7.2.4. Inhibition de la synthèse des protéines

Les protéines sont responsables de la composition structurale, des processus métaboliques et

physiologiques, et de la réponse à des conditions défavorables, entre autres rôles. Les

antibiotiques inhibent la synthèse de protéines en inhibant la phase d'allongement de la

traduction. Les inhibiteurs de ribosome 30S fonctionnent principalement en bloquant l'accès

des aminoacyl-tRNA au ribosome. Des exemples d'antibiotiques qui fonctionnent de cette

manière comprennent la tétracycline, la streptomycine, la spectinomycine, etc.

6.2.5. Blocage des voies métaboliques clés

Certains antibiotiques comme les sulfamides ont montré qu'ils limitent un substrat nécessaire

au métabolisme cellulaire des bactéries par entraînants des enzymes bactériennes à s'attacher à

l'antibiotique plutôt qu'au substrat normal. En particulier, les sulfamides agissent par

inhibition compétitive de dihydrofolatesynthase qui est nécessaire pour la synthèse de l'acide

folique dans les cellules bactériennes. L'acide folique est vital dans le métabolisme de l'acide

nucléique et des acides aminés.

Figure 18. Mécanismes d’action des antibiotiques sur les bactéries.

7.3. Classification des antibiotiques

Il existe plusieurs façons de classifier les antibiotiques, mais les critères de classification les

plus courants sont basés sur leurs structures moléculaires, leur mode d'action et leur spectre

d'activité. D'autres comprennent la voie d'administration (injectable, orale). Les antibiotiques

dans la même classe structurelle montrent généralement un profil similaire d'efficacité, de

toxicité et d'effets secondaires. Certaines classes courantes d'antibiotiques basées sur des

structures chimiques comprennent les bêta-lactames, les macrolides, les tétracyclines, les

quinolones, les aminoglycosides, les sulphonamides, les glycopeptides et les oxazolidinones.



➢ Beta-lactames

Les membres de cette classe d'antibiotiques contiennent un anneau à 3 atomes de carbone et 1

azote (Fig.19). Ils interfèrent avec les protéines essentielles à la synthèse de la paroi cellulaire

bactérienne et, dans le processus, tue ou inhibe leur croissance. Les représentants les plus

importants de la classe des bêta-lactames comprennent penicillines, cephalosporines,

monobactames et carbapenemes.

Figure 19. Structures des b-lactames ; A, structure de base ; B, penicilline ; C,

cephalosporine.

➢ Tétracyclines

La tétracycline a été découverte en 1945 à partir d'une bactérie du sol du genre Streptomyces.

Le premier membre de cette classe était la chlorotétracycline (Aureomycine). Les membres de

cette classe ont quatre (4) anneaux d'hydrocarbures (Fig.20) et ils sont connus par leur nom

avec le suffixe "-cycline". Ils perturbent l'addition d'acides aminés aux chaînes

polypeptidiques lors de la synthèse des protéines dans le ribosome.

Figure 20. Structure de tetracycline.

➢ Les macrolides

Les macrolides sont des molécules ont des macrocycles de lactone souvent associés à des

sucres neutres ou aminés (Fig.21). Ils ont un plus large spectre d'activité antibiotique que les



pénicillines et sont souvent administrés à des patients allergiques à la pénicilline. Les

macrolides éliminent ou inhibent les microorganismes en inhibant efficacement la synthèse

des protéines bactériennes (Ils empêchent l'addition d'acides aminés aux chaînes

polypeptidiques).

Figure 21. Structure des macrolides.

➢ Quinolones

Les quinolones peuvent impliquer au cours de la réplication de l'ADN et la transcription dans

les bactéries. Parmi les antibiotiques de cette classe la cinoxacine, la norfloxacine…etc. Leur

structure se compose généralement de deux anneaux (Fig22).

Figure 22. Structure de base de quinolones: le groupe R (bleu) est assez souvent un groupe

pipérazine; si la molécule est liée à un fluor en position 6 (rouge), il s'agit d'une

fluoroquinolone

➢ Aminoglycosides

Le premier médicament à découvrir parmi les membres de cette classe d'antibiotiques était la

streptomycine. Elle a été largement utilisée contre Mycobacteriumtuberculosis, l'agent causal

de la tuberculose. Les aminoglycosides sont des composés généralement d’amino sucres liés

par des liaisons glycosidiques(Fig23). Ils proviennent des Actimomycètes du sol. Les

aminoglycosides possèdent un large spectre d'activités antibactériennes. Ils sont capables



d'inhiber la synthèse des protéines dans les bactéries en se liant à l'une des sous-unités

ribosomales et sont efficaces contre les Gram-négatives aérobies et certaines bactéries Gram-

positives.

Figure 23. Structure d’aminoglycosides (streptomycine).

➢ Les sulfamides

Les sulfamides (Fig24) sont acceptés être le premier groupe d'antibiotiques utilisés en

médecine thérapeutique et ils jouent toujours un rôle très important dans la médecine et la

pratique vétérinaire. Les sulfamides inhibent les bactéries Gram-positives et Gram-négatives

telles que Nocardia, E. coli, Klebsiella, Salmonella, Shigellaet Enterobacter.

Figure 24. Structure de base des sulfamides

➢ Glycopeptidiques

Le glycopeptide a une action sur la formation du peptidoglycane en effectuant un

encombrement bloquant l'assemblage des précurseurs formant la paroi, c'est-à-dire

l'enchaînement d'acides aminés D-Ala-D-Ala et différents peptides. Les antibiotiques

glycopeptidiques généralement abrégés en GPA ont été initialement obtenus en tant que

produits naturels.Mais les dernières années ont été améliorées par une semi-synthèse.

Naturellement, les glycopeptides sont constitués d'un oligopeptide cyclique lié des sucres,

d'où le nom de glycopeptides. L’exemplaire de cette classe la vancomycine (Fig.25).



Figure 25. Structure d’antibiotique glycolipide (vancomycine).

7.4. Les micoorganismes producteurs des antibioiques

la plupart des métabolites secondaires sont en fait biosynthétisés par des microorganismes

filamenteux comme les actinomycètes (environ 75%) et les moisissures (comme le genre

penicilium) (17%). En outre, environ 20 types de métabolites secondaires peuvent être

produits par les espèces Streptomyces seules. Les streptomycètes sont des producteurs

puissants de métabolites secondaires, car environ 45 à 55% des 10 000 antibiotiques archivés

sont fabriqués par eux. Plusieurs antibiotiques ont également été isolés de différentes souches

de Bacillus(B. moenomycines, B. difficidins, B. bacilllines et B. bacilles).Mycobacterium est

un autre genre de bactéries avec une production 'intéressante d'antibiotiques (environ 80% des

Mycobacterium isolés produisaient des composés antibiotiques et antifongiques). Certains des

antibiotiques les plus importants avec des activités biologiques produites par des

microorganismes sont enregistrés dans le tableau 5.



Tableau 5. Microorganismes producteurs des antibiotiques

7.5. Production industrielles des antibiotiques

Le milieu de production doit d’abord permettre d’assurer une importante croissance pour

conduire à une concentration élevée en cellule au moment de la production.Il doit assurer

ensuite la maintenance de la vitalité des cellules et la production optimisée de l’antibiotique. Il

doit de ce fait fournir des sources d’énergie et assurer les conditions physico-chimiques

désirées (pH, T°, oxygénation).

• Pendant la phase de production des antibiotiques, les cellules utilisent des sources

d’énergie et de carbone lentement catabolisables (lactose par exemple, pour la production de

la pénicilline ; dextrine ou amidon pour la production de macrolides).

• Les acides gras et leurs dérivés sont souvent apportés par les huiles sous forme de

triglycérides. Les huiles les plus utilisées sont : les huiles de soja, d’arachide, de mais et de

colza.Outre leur rôle de source d’énergie et de précurseurs éventuels, les acides gras exercent

des actions physico-chimiques appropriées : formation d’émulsion, réduction des mousses,

modification de la perméabilité membranaire.



• L’ammonium est la meilleure source d’azote pour assurer une croissance rapide. On ajoute

des sels d’ammonium pour favoriser cette phase tout en surveillant la concentration pour

éviter la baisse de production liée à une concentration trop élevée. Si l’on choisit de

poursuivre l’alimentation par des sels d’ammonium, ils seront apportés en mode semi-continu,

généralement l’azote pour la production (3ème phase) sera apporté sous forme de sources

complexes ; exemple : farines de soja ou d’arachide riches en protéines ; l’addition de ces

éléments s’accompagne du contrôle de l’oxygénation.

Remarque

Les sources complexes remplissent de multiples fonctions.Ex: si les farines de soja servent de

source d’azote, elles apportent en même temps des acides nucléiques, des vitamines, des

oligo-éléments, des lipides, du soufre et du phosphore.

8. La production des toxines

8.1. Définition

Les toxines sont des molécules synthétisées par un organisme et capables de perturber le

fonctionnement de certaines cellules. Les toxines sont également plus ou moins

immunogènes: elles sont capables d'induire une réponse immunitaire.

8.2. Classification

On peut diviser les toxines selon l’origine de leur productions : Les toxines produites par des

bactéries sont appelées bactériotoxines, celles par les champignons microscopiques sont

dénommées mycotoxines (telles que les moisissures(Aspergillus, penicillium, etc.). Pour les

bactéries, Il existe les endotoxines, faisant partie de Lipopolysaccharide et les exotoxines

protéiques.

8.2.1. Les endotoxines

Elles se trouvent sur la face externe dela membrane externedes bactéries Gram (-) (Fig26), de

nature lipopolysaccharide (LPS) et thermostables. Elles sont libérées suite à la lyse des

bactéries



Figure 26. Localisation des endotoxines des bactéries G-.

8.2.2 Exotoxines

L'exotoxine est de nature protéique, et n'est généralement produite que par les bactéries à G+.

Elle est pathogène et très immunogène pour des doses plus faibles (de l'ordre du µg/L). Elles

sont thermosensibles: facilement dénaturées par la chaleur et perdent ainsi leur activité

toxique. Elles sont très immunogènes: leur présence dans l'organisme provoque la synthèse

d'anticorps anti-toxines, capables de bloquer leur activité toxique. Ces deux propriétés sont

exploitées en vaccination: il est possible de produire des toxines inactives (= anatoxines) par

traitement thermique (40°C, pendant 2 semaines) ou chimique (formol ou glutaraldéhyde).

Les anatoxines ne présentent plus de pouvoir toxique, mais elles restent immunogènes et sont

donc capables d'induire une réponse immunitaire protectrice (production d'antitoxines).

8.3. Microorganismes producteurs des toxines

Les principales exotoxines sont la toxine diphtérique (Corynebacteriumdiphteriae), les

entérotoxines staphylococciques (Staphylococcus aureus), la toxine tétanique (Clostridium

tetani), les toxines botuliniques (Clostridium botulinum. Elles sont utilisées comme source

d’antigènes mais surtout comme source d’anatoxine (vaccins).

Les principales endotoxines sont l’entérotoxine cholérique (Vibriocholerae) et l’endotoxine

typhoїdienne (Salmonella). Certains produits peuvent jouer un grand rôle dans la lutte

biologique.

Diverses moisissures excrètent aussi des substances toxiques comme les alcaloïdes. Ces

substances sont produites par Claviceps purpurea et sont dotées de propriétés

pharmacologiques et ont un intérêt médical. Les aflatoxines sont produites par le champignon

Aspergillus flavus.



8.4. La production industrielle des toxines

Certaines bactéries et moisissures excrètent des toxines. Dans certains cas, la production

industrielle de ces toxines présente un grand intérêt car elles sont utilisées pour la fabrication

de vaccins et antitoxines utilisés en médecine. Par example, pour obtenir des rendements

élevés de neurotoxoines purifiés produite par la bactérie de Clostridium botulinum dans

diverses conditions en utilisant un système de fermentation. Le milieu utilisé comprenait 2,0

% d'hydrolysat de caséine et 1,5% d'extrait de levure et une concentration appropriée de

glucose. La concentration maximale de toxine a été atteinte dans les 48 h dans des conditions

de fermentation suivantes: une concentration initiale de glucose de 0,5 ou 1,0%, une

température de 35C° et un taux d'agitation de 50 tr / min. L'anatoxine tétanique a été obtenue

en détoxifiant et en purifiant la toxine.


Dr. S. Djidel

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Polycopie du cours: Production des métabolites · 2016/2017 S République Algérienne...

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