Caractérisation de l’hétérogénéité phénotypique des populations microbiennes : vers de nouvelles stratégies pour l’optimisation des bioprocédés Jonathan Baert, Romain Kinet, Frank Delvigne
Le marché des biotechnologies blanches Enzyme: hydrolase Biomasse: S. cerevisiae Produits bio-basés: alcools, acide organiques, acide aminés, terpenoïdes Nouveau contexte concurrentiel Etape importante d’optimisation requise Chiffre d’affaires 2010:92kM€ 2020:515kM€
La réalité opérationnelle: l’hétérogénéité phénotypique « blackbox » reactor Temperature pH Steering Feeding …
Time Metabolite concentation Global production profile Non productive phenotypes Productive phenotypes La réalité opérationnelle: l’hétérogénéité phénotypique Nécessité d’intégrer cette notion dans les stratégies d’optimisations
Quels outils analytiques? Technique d’analyse avec une résolution single- cell: la cytométrie de flux - Simple - Rapide - Flexible
Q FC Manual sampling Sampling pump FCM Brognaux, A., Han, S., Sorensen, S. J., Lebeau, F., Thonart, P., Delvigne, F., (2013) A low-cost, multiplexable, automated flow cytometry procedure for the characterization of microbial stress dynamics in bioreactors. Microbial cell factories 12, Off-LineOn-Line Quels outils analytiques? Technique d’analyse avec une résolution single- cell: la cytométrie de flux
Comment extraire d’une population microbienne des informations caractéristiques utiles pour l’optimisation? Physiologie vs. Métabolisme
Tenir compte de la complexité de la physiologie microbienne Ex: Flux de carbone total à travers la membrane Ex: Activité spécifique d’une voie métabolique Ex: Activité de la chaine de transport d’électrons Activité métabolique Activité physiologique
Mise au point des techniques de marquage cellulaire efficientes Vers une caractérisation métabolique des populations microbiennes – Biocapteurs génétiquement encodés: étude de la physiologie – Biocapteurs externes: exploitation du Redox Sensor Green® en tant que marqueur métabolique Réponse proportionnel le au flux de carbone à travers la cellule Mise en évidence des limitations en substrat, des conditions limitantes en oxygène et de l’occurrence d’ un overflow metabolism chez E. coli Promoter gfp GFP Activité physiologique Activité métabolique Activité physiologique Activité métabolique
Conclusion Temperatur pH Stirring pO2 Feeding … Retroaction loop Importance de discerner la physiologie et le métabolisme Une caractérisation métabolique est plus facilement mise en relation avec des performances Combinaison de la cytométrie de flux avec des techniques de marquage métabolique pour le monitoring et le contrôle des bioprocédés Stratégie d’optimisation qui vise à réguler un bioprocédé sur base de l’état métabolique de la population microbienne Technique de marquage + Cytométrie de flux
Merci