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Découverte des effets inhibiteurs dans les cultures en lots alimentés : pourquoi vos microbes ne se développent-ils pas
Avec les progrès de la biotechnologie, la technologie de culture par lots alimentés est progressivement devenue une opération clé dans les principaux processus de production. Cette technologie peut non seulement améliorer efficacement la croissance des micro-organismes et la production de métabolites, mais également aider les scientifiques à résoudre de nombreux défis auxquels sont confrontées les méthodes de culture traditionnelles. Cependant, face aux effets inhibiteurs qui se produisent lors de la culture de divers micro-organismes, les chercheurs se demandent encore pourquoi certains micro-organismes ne se développent pas dans des conditions spécifiques.
La culture Fed-batch est une technologie opérationnelle qui fournit en continu un ou plusieurs nutriments (substrats) pendant le processus de culture et conserve le produit dans le bioréacteur jusqu'à la fin de l'opération.
L’avantage de la technologie de culture par lots alimentés est qu’elle peut contrôler de manière flexible la concentration du substrat dans le milieu de culture, affectant ainsi la croissance et le métabolisme des micro-organismes. Dans certains cas, cette technique est supérieure aux cultures par lots conventionnelles, en particulier lorsque les concentrations de nutriments affectent le rendement ou l’efficacité de la production du métabolite souhaité. Cependant, cette technologie apparemment idéale se heurte souvent au défi des effets inhibiteurs dans les applications pratiques.
Types d'effets inhibiteurs
Pendant la culture par lots, il existe plusieurs effets inhibiteurs typiques :
Inhibition du substratCertains nutriments, tels que le méthanol, l’éthanol, l’acide acétique et les composés aromatiques, peuvent inhiber la croissance microbienne même à des concentrations relativement faibles. En ajoutant de manière appropriée de tels substrats, le temps de latence peut être raccourci et l'inhibition de la croissance cellulaire peut être considérablement réduite.
Densité cellulaire élevée
Dans les cultures par lots, l’obtention de densités cellulaires très élevées nécessite souvent l’ajout de concentrations initiales élevées de nutriments au milieu de culture. Cependant, à des concentrations aussi élevées, les nutriments deviennent inhibiteurs. Cela nécessite un ajustement par des techniques d’alimentation.
Dans la production de levure de boulanger, même en présence d'oxygène dissous adéquat, l'excès de sucre dans la culture produira de l'éthanol, ce qui entraînera de faibles rendements cellulaires.
Effet Crabbitt
De fortes concentrations de sucre conduisent à la formation d'éthanol, qui non seulement affecte la croissance mais produit également des sous-produits nocifs. C'est pourquoi un processus par lots alimentés est généralement utilisé dans la production de levure de boulanger pour réduire cet effet.
Inhibition des métabolites
Lorsque les micro-organismes sont cultivés en aérobiose à des concentrations élevées de sucre, des acides organiques tels que l'acide lactique et l'acide acétique sont produits comme sous-produits, qui inhibent la croissance cellulaire et altèrent leurs activités métaboliques.
Suppression des gaz
Dans certains processus de culture, comme la production de pénicilline, la demande en oxygène des micro-organismes doit être maintenue dans certaines limites. Une fois que trop d’oxygène est fourni, la formation de métabolites spécifiques sera inhibée, affectant le rendement du produit final.
Stratégies de contrôle de la croissance microbienne
De plus, en raison de la nature contrôlable des cultures en lots alimentés, de nombreuses stratégies ont été utilisées pour contrôler la croissance microbienne. Par exemple, dans une culture à haute densité, le taux de croissance est maintenu en fournissant en continu le substrat limitant ; dans le cas d'une alimentation stable, le taux d'alimentation est ajusté en fonction de la situation de croissance pour éviter l'émission de métabolites secondaires ; en dirigeant la synthèse enzymatique , le taux de croissance est contrôlé en limitant le taux de croissance. L'apport de substrat atténue l'effet inhibiteur et favorise la synthèse des substances nécessaires.
ConclusionMaintenir la concentration d'un composé spécifique à un minimum tout en maintenant l'expression continue des gènes est l'une des applications importantes des cultures en lots alimentés.
Avec les progrès continus de la science et de la technologie, la technologie de culture par lots alimentés recevra de plus en plus d'attention. Les chercheurs doivent de toute urgence mener des études approfondies sur les effets inhibiteurs auxquels sont confrontés divers micro-organismes pendant la culture et explorer comment surmonter ces défis grâce à différentes stratégies de culture. Face à une variété de facteurs d’influence potentiels, comment pouvons-nous réajuster nos stratégies de culture microbienne pour faire face à ces environnements de croissance défavorables ?
