Identification des paramètres caractéristiques du shift oxydo- oxydo-fermentaire

En culture continue, en accélérostat ou en productostat la transition respiro-fermentaire se produit lorsque la valeur du taux de dilution atteint une valeur seuil nommée taux de dilution critique. La valeur de ce seuil et les paramètres de la culture au moment de la transition ont été rapportés dans plusieurs études. Ces valeurs peuvent varier dans une gamme très large lorsque sont utilisées des souches mutées pour des gènes potentiellement impliquées dans la transition respiro-fermentaire. Les valeurs caractéristiques de la bascule métabolique sont rapportées dans le

Tableau 6 pour les souches sauvages et dans le Tableau 7 pour les souches mutées.

La comparaison de ces études montre que la valeur du taux de dilution de critique de transition vers un métabolisme oxydo-réductif est fortement dépendante de la souche (Tableau 6). Ainsi la souche CBS 8066 a un taux de dilution critique de 0.34-0.38 h-1 (van Dijken et al., 2000; Postma et al., 1989) ce qui est plus élevé que le taux de 0.25-0.30 h-1 relevé pour la souche CEN.PK 113-7D (van Dijken et al., 2000; van Hoek et al., 1998; Van Maris et al., 2001; Vemuri et al., 2007). Cela est corrélé avec la vitesse spécifique maximale de consommation d’oxygène qui est plus élevée pour CBS 8066 comparée à CEN.PK 113-7D (12 contre 8 mmole.g_X-1.h-1 environ).

De plus, pour une même souche le taux de dilution peut varier en fonction de la conduite adopté

(Tableau 6). Ainsi pour la souche CEN.PK 113-7D on remarque que le taux de dilution critique

déterminé en chemostat est de 0.28-0.30 h-1 (Agrimi et al., 2011; Bauer et al., 1999; Van Maris et al., 2001; Overkamp et al., 2000) alors qu’une conduite en accélérostat donne une valeur de 0.25-0.27 h-1 (van Dijken et al., 2000; Klein et al., 1999; Marc et al., 2013). Il semble donc qu’une conduite en accélérostat et un conduite en chemostat donnent des résultats différents pour le taux de dilution critique contrairement à ce qui est affirmé par (Klein et al., 1999). Cette différence pourrait être liée à une valeur du taux d’accroissement du taux de dilution trop élevée

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(van der Sluis et al., 2001). La conduite en productostat conduit à une variabilité importante de la valeur du taux de dilution critique pour la souche CEN.PK 113-7D / CEN.PK 113-5D : 0.35 h-1

(Moreira dos Santos et al., 2003; Moreira dos Santos et al., 2004), 0.30 h-1 (Raghevendran et al., 2006) et 0.29 h-1 (Vemuri et al., 2007). De plus, certaines des valeurs rapportées du taux de dilution sont proches du taux de croissance maximal mais aucune explication n’est cependant proposée par les auteurs. Les valeurs de D_c plus élevées que celles obtenues en chemostat et accélérostat semblent liées à un seuil de détection insuffisamment élevé du capteur permettant la quantification de l’éthanol en phase liquide (Moreira dos Santos et al., 2003).

Ensuite, il est intéressant de remarquer que dans le cas d’une surexpression du gène codant pour l’enzyme Pyruvate Carboxylase (Bauer et al., 1999), dans le cas d’une double suppression des gènes codant pour les NADH déshydrogénases externe Nde1p et Nde2p (Overkamp et al., 2000) et dans le cas d’une suppression du gène codant pour la protéine Snf1 ou du gène codant pour la protéine Snf4 (Cortassa and Aon, 1998), la vitesse spécifique maximale de consommation d’oxygène est atteinte après la transition respiro-fermentaire. Aucune explication n’est cependant proposée pas les auteurs.

Enfin, il faut noter que peu d’études présentent une caractérisation fine de la transition respiro-fermentaire en reportant les vitesses spécifiques atteintes au moment de la bascule métabolique (Barford and Hall, 1979; Daran-Lapujade et al., 2009; van Hoek et al., 1998; Marc et al., 2013; Von Meyenburg, 1969; Overkamp et al., 2000; Postma et al., 1989; Rieger et al., 1983).

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Tableau 6. Détermination du taux de dilution critique en chemostat, accélérostat ou productostat pour les souches sauvages de S. cerevisiae.

Souche Modification génétique Conduite D_c

(h-1) ^qO(mmole.g² _X-1.h-1) ^q(mmole.g^glucose _X-1.h-1) ^Référence

LBGH1022 Non Chemostat 0.24 7.60 3.1 (Von

Meyenburg, 1969)

248UNSW 703100 Non Chemostat 0.31 12.5 -14.5 Non précisé (Barford and

Hall, 1979)

H1022 Non Chemostat 0.30 8.1 3.45 (Rieger et al.,

1983)

CBS 8066 Non Chemostat 0.38 12 Non précisé (Postma et al.,

1989)

Y41 Non Chemostat 0.13 Non précisé Non précisé (Olz et al.,

1993)

Y41 Pas de modifications

génétiques. Présence de 0.9 M NaCl.

Chemostat 0.10 Non précisé Non précisé

CEN.PK 113-7D Non Chemostat 0.30 Non précisé Non précisé (Overkamp et

al., 2000)

CEN.PK 113-7D Non Chemostat 0.30 8.8 Non précisé (van Hoek et

al., 1998)

CEN.PK 113-7D Non Chemostat 0.28 < D_c < 0.30 Non précisé Non précisé (Bauer et al.,

1999)

CEN.PK 113-7D Non Chemostat 0.30 8.6 Non précisé (Van Maris et

al., 2001)

CEN.PK 113-7D Non Chemostat 0.28 Non précisé 4.0 (Agrimi et al.,

2011)

ALKO743 Non Accelerostat

 = 0.010 h-2

0.25 6-9 3 (Paalme et al.,

1997)

CEN.PK 113-7D Non Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.262 7.2-8.1

pour 0.25 <D<0.28 ^{Non précisé (Klein et al.,} 1999)

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Souche Modification génétique Conduite D_c

(h-1) ^qO(mmole.g² _X-1.h-1) ^q(mmole.g^glucose _X-1.h-1) ^Référence

 = 0.005 h-2 al., 2000)

CEN.PK 122 Non Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.27 Non précisé Non précisé

BAY.17 Non Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.32 Non précisé Non précisé

X2180 Non Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.22 Non précisé Non précisé

CEN.PK 113-7D Non Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.25 6.96 3.00 (Marc et al.,

2013)

CEN.PK 113-7D Pas de modifications

génétiques. Présence d’oléate.

Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.26 6.94 2.66

CEN.PK 113-7D Non Productostat 0.350 ± 0.004 Non précisé Non précisé (Moreira dos

Santos et al., 2003)

CEN.PK 113-7D Non Productostat 0.35 ± 0.004 Non précisé Non précisé (Moreira dos

Santos et al., 2004)

CEN.PK 113-7D Non Productostat 0.3 Non précisé Non précisé (Raghevendran

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Tableau 7. Détermination du taux de dilution critique en chemostat, accélérostat ou productostat pour les souches mutées de S. cerevisiae.

Souche Modification génétique Conduite D_c

(h-1) qO₂ (mmole.g_X-1.h-1) q_glucose (mmole.g_X-1.h-1) Référence CG393 (hôte CEN.PK 113-5D)

Plasmide multi-copie avec

surexpression de PDC1 ^{Chemostat 0.23 8.6} (atteint pour D =

0.25h-1)

Non précisé (van Hoek et

al., 1998)

CEN.JB28 0.25 PYC1, PYC2

+ ppc d’E.coli

Chemostat 0.25 < D_c < 0.30 Non précisé Non précisé (Bauer et al.,

1999) CEN.JB27 0.23 Plasmide multi-copie avec

surexpression de PYC2 ^{Chemostat 0.23 < Dc < 0.25 Non précisé Non précisé}

T475 MIG1MIG2 Accélérostat

 = 0.005 h-2

0.274 8.3-9.4

pour 0.25 <D<0.28 ^{Non précisé (Klein et al.,} 1999)

CEN.PK152 NDE1NDE2 Chemostat 0.30 8.8 Non précisé (Overkamp et

al., 2000)

CEN.PK225-1B GUT2 Chemostat 0.23 6.66 Non précisé

CEN.PK263-5D NDE1NDE2GUT2 ^{Chemostat 0.20 7.29}

(atteint pour D = 0.30 h-1) Non précisé 436GH (hôte CEN.PK 113-7D)

Surexpression de HAP4 Chemostat 0.33 8.5 Non précisé (Van Maris et

al., 2001)

CEN.MS6-1A GLR1 Productostat 0.316 ± 0.002 Non précisé Non précisé (Moreira dos

Santos et al., 2003)

CEN.PK448 GDH1 Productostat 0.247 ± 0.007 Non précisé Non précisé

CEN.MS1-10C T1 GDH1 PGKp - GDH2 Productostat 0.217 ± 0.002 Non précisé Non précisé

CEN.MS5-3A GDH1 PGKp- GLT1

PGKp- GLN1

Productostat 0.211 ± 0.002 Non précisé Non précisé

CEN.MS13-2A Surexpression de PYC2 et

MAE1 ^{Productostat 0.190 ± 0.004 Non précisé Non précisé (Moreira} Santos et al., ^dos

2004) CEN.MS14-1C Surexpression de PYC2 et

sMAE1

Productostat 0.344± 0.003 Non précisé Non précisé

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Souche Modification génétique Conduite D_c

(h-1) ^qO(mmole.g² _X-1.h-1) ^q(mmole.g^glucose _X-1.h-1) ^Référence

et al., 2006)

CEN.PK 113-5D pYX212 Productostat 0.29± 0.01 Non précisé Non précisé (Vemuri et al.,

2007) NOX

(hôte CEN.PK 113-5D)

pYX212-NOX Productostat 0.27 ± 0.02 Non précisé Non précisé

AOX

(hôte CEN.PK 113-5D)

pYX212-AOX Productostat 0.32± 0.007 Non précisé Non précisé

ndt1ndt2 NDT11NDT2 ^{Chemostat ≈ 0.28 Non précisé 4.0 (Agrimi et al.,}

2011)

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