Potentialités de croissance

5.1.1. A partir du glucose comme source carbonée

Le taux de croissance maximal de R. glutinis sur milieu salin avec le glucose comme source carbonée, lors d’une culture en réacteur, est de 0,27 h-1 et le rendement est alors de 0,54 g/g (Thèse Granger, 1992).

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5.1.2. A partir du xylose en simple ou co-substrat avec le glucose

Le xylose est le second sucre le plus abondant, après le glucose, dans la biomasse ligno-cellulosique. Alors qu’un grand intérêt est actuellement porté à l’utilisation de d’hydrolysats cellulosiques comme matières premières pour la production de biomasse ou de métabolites d’intérêt, les performances de croissance de micro-organismes à partir de xylose sont un point de départ dans cette perspective.

La croissance de R. glutinis sur xylose est très peu caractérisée. Pourtant, les quelques études relatant des potentialités de production de la souche à partir d’hydrolysats ligno-cellulosiques amènent à penser qu’elle est capable de consommer le xylose (Dai et al., 2007, Li et al., 2010, Easterling et al., 2009, Wiebe et al., 2012). Cependant, l’objectif commun de l’ensemble de la littérature existante reste de caractériser les capacités d’accumulation lipidique. De ce fait, les dynamiques physiologiques dont la cinétique de consommation du pentose ne sont pas décrites et les expérimentations mises en œuvre se font à des concentrations cellulaires faibles et inférieures à 40g.L^-1 (Wiebe et al., 2012). Le métabolisme de la souche R. glutinis à partir de ce sucre alternatif dans des conditions optimales de croissance reste donc à explorer.

Les voies métaboliques microbiennes sont principalement centrées autour de l’utilisation du glucose. Toutefois, la plupart des micro-organismes possèdent la machinerie nécessaire à l’utilisation de sucres alternatifs, tels que le xylose. Les mécanismes de contrôle et de régulation des voies métaboliques glucidiques varient d’une espèce à l’autre, mais d’une manière générale ils se font de deux manières. Tout d’abord, le transport d’un sucre alternatif est inhibé quand un sucre préférentiel est présent dans le milieu. D’autre part, il existe une répression catabolique du glucose à l’origine d’une régulation de la transcription des gènes codant des enzymes impliquées dans le catabolisme des sources carbonées alternatives dont le xylose. La part relative de ces deux phénomènes est difficile à évaluer. Dans le cas de la consommation du xylose, un troisième verrou potentiel à considérer en sus des deux cités précédemment est l’équilibre en co-facteurs, point clé de l’entrée du xylose dans la voie des pentoses phosphate. Tous ces éléments jouent donc en la défaveur de la co-consommation du glucose et du xylose. Chez Rhodotorula glutinis la co-consommation de glucose et de xylose dans une culture de 25 heures en mode batch à partir d’un milieu contenant les deux sucres en excès ainsi que du furfural et de l’acide acétique s’est avéré inexistante (Zhang et al., 2011). Par ailleurs, au cours de ce même mode de culture mais en présence d’un seul des deux sucres,

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il a été révélé la capacité de la souche à consommer du xylose en simple substrat avec toutefois une cinétique de croissance plus lente que celle observée sur glucose : µglucose= 0.31h-1 et µxylose= 0.22h-1 (Zhang et al., 2011).

L’étude de la répression catabolique sur la co-consommation pentose-glucose chez une souche Saccharomyces cerevisiae recombinante capable de consommer le xylose a été étudiée lors de cultures en mode batch : le maltose ayant des perméases spécifiques et étant intracellulairement hydrolysé en D-glucose (Subtil and Boles, 2012) la quantification de la co-consommation du maltose et du xylose a révélé que, en présence de maltose la co-consommation du C5 décroit de 20 à 30% ; ce pourcentage refléterait l’impact de la répression catabolique des hexoses sur la consommation des pentoses. Cette diminution est par ailleurs probablement corrélée aux activités enzymatiques de la voie glycolytique déterminant le flux glycolytique maximal étant donné que les fermentations ne sont pas réalisées en mode discontinu alimentée avec un contrôle des flux de carbone.

L’étude de Pitkänen sur les flux de carbone intracellulaire chez une souche modifiée de Saccharomyces cerevisiae pour la consommation de xylose, cultivée en mode continu, révèle que la co-consommation glucose-xylose est maximale quand la concentration en glucose est minimale (co-consommation optimale observée pour une concentration en glucose inférieure à 0.1g/L) (Pitkänen et al., 2003).

Enfin, il a été démontré chez Rhodosporidium toruloïdes que les activités xylitol déshydrogénase, xylose réductase et phosphokétolase, premières enzymes impliquées dans l’assimilation du xylose, sont présentes sur un milieu contenant du xylose, alors qu’elles sont inexistantes sur un milieu contenant du glucose (Freer et al., 1997). Les mécanismes d’induction par le xylose de la synthèse des enzymes impliquées dans l’assimilation du pentose restent peu explorés et encore méconnus.

5.1.3. A partir du glycérol en simple ou co-substrat avec le glucose

La production annuelle mondiale de glycérol s’élève à plus de 2,5 millions de tonnes. Il est en particulier, le sous-produit majoritaire de la production de biodiesel, responsable de 60% de sa production comme cela est décrit dans la réaction suivante :

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TAG + Alcool ester (biodiesel) + glycérol (Équation 7)

Le glycérol peut être utilisé comme source de carbone et d’énergie par la plupart des levures. Mais, de même que pour le xylose, la co-consommation simultanée de deux sources de carbone pose le problème de la répression catabolique. Toutefois la consommation de glycérol chez Rhodotorula glutinis a été très peu étudiée. En particulier, aucune caractérisation cinétique et aucun effet sur le rendement n’a été reporté. Les études menées quant aux potentialités d’accumulation lipidique à partir de glycérol révèlent toutefois indirectement la capacité de la souche à consommer ce substrat (Easterling et al., 2009, Saenge et al., 2010, Yen et al., 2012, Yang et al., 2014).