Optimization of the glycerol bioconversion into 3-hydroxypropionic acid (3-HP) by Lactobacillus reuteri in bioreactor

Optimisation de la bioconversion du glycérol en acide 3-hydroxypropionique (3-HP) par Lactobacillus reuteri en bioréacteur L’acide-hydroxypropionique (3-HP) est une molécule "plateforme" dont la production par voie biologique implique la bactérie Lactobacillus reuteri, selon un procédé en deux étapes : une croissance sur glucose en mode "batch" et une bioconversion du glycérol en 3-HP en mode "fed-batch". Dans le but d’améliorer la production de 3-HP, la thèse a pour objectifs (1) d’identifier les conditions nutritionnelles et environnementales mises en œuvre lors de la croissance permettant d’améliorer la production ultérieure du 3-HP et (2) de rechercher les conditions opératoires de la phase de bioconversion permettant d’augmenter les performances de production. Les conditions de croissance affectant la production de la biomolécule ont été déterminées grâce à un plan d’expériences de Plackett et Burman impliquant 11 facteurs. La supplémentation du milieu de croissance avec de la vitamine B12 et de la cystéine a montré un effet négatif sur la production ultérieure de 3-HP. L’addition de glucose, phytone peptone, Tween 80, 1,2-propanediol et bétaïne dans le milieu de culture, associée à un pH optimal de 6,0 pendant la croissance ont permis d’accroître la production de 3-HP et la durée de la bioconversion. L’ajout d’extrait de levure et le type de neutralisant utilisé n’ont démontré aucun effet. Néanmoins, les résultats ayant été obtenus à un débit d’alimentation en glycérol fixé à 0,5 g·h-1, l’amélioration s’est trouvée limitée. Les conditions de la bioconversion ont alors été étudiées selon un plan composite centré isovariant par rotation qui a permis de tester différents niveaux de pH et de vitesse spécifique d’alimentation en glycérol. Par l’établissement de surfaces de réponses, des conditions optimales, différentes selon la variable considérée (concentrations, rendements, vitesses), ont été identifiées. Des essais de validation ont permis de vérifier la pertinence des conditions retenues, avec une amélioration significative de la productivité du bioprocédé de 96 %. Finalement, le pH et le niveau d’énergie intracellulaires sont proposés comme des marqueurs de la dégradation des capacités de production de 3-HP.