Nous présentons ici un protocole sur le bioprocédé adsorbant pour produire un produit biologique, en particulier un pigment qui inhibe sa propre biosynthèse et inhibe la croissance du micro-organisme qui le produit.
Article de méthode
Nous présentons ici un protocole sur le bioprocédé adsorbant pour produire un produit biologique, en particulier un pigment qui inhibe sa propre biosynthèse et inhibe la croissance du micro-organisme qui le produit.
Les mélanines sont des pigments naturels, et la présence d’un anneau indole et de nombreux groupes fonctionnels fait de la mélanine un choix idéal pour de nombreuses applications telles que les agents de protection UV, les soins de la peau, les cosmétiques, etc. Un Pseudomonas stutzeri marin produit de la mélanine sans ajout de tyrosine. L’inhibition de la rétroaction a été observée par la mélanine dans la culture d’une bactérie marine productrice de mélanine, Pseudomonas stutzeri. La mélanine a également démontré une inhibition de la croissance microbienne. L’analyse basée sur le modèle de Han-Levenspiel a identifié une inhibition de produit de type non compétitif de la mélanine sur la croissance cellulaire. L’enzyme tyrosinase, qui produit la mélanine, a été inhibée par la mélanine. Le double tracé réciproque de la réaction enzymatique en présence de différentes concentrations de mélanine a révélé une inhibition non compétitive du produit. Un bioprocédé adsorbant à base d’adsorbant a été mis au point pour réduire l’inhibition de la rétroaction par la mélanine. Différents adsorbants ont été examinés afin de sélectionner le meilleur adsorbant pour l’adsorption de la mélanine. La quantité et le temps de dosage ont été optimisés pour développer le bioprocédé adsorptif, ce qui a entraîné une augmentation de 8,8 fois de la production de mélanine par la bactérie marine Pseudomonas stutzeri (153 mg/L à 1349 mg/L) sans supplémentation en tyrosine et en extrait de levure.
Les mélanines sont des composés polyphénoliques dont l’unité monomère est le cycle indole. Les mélanines sont responsables de la plupart des colorations noires, brunes et grises des plantes, des animaux et des micro-organismes1. Les mélanines les plus courantes sont les eumélanines, qui sont des pigments brun foncé ou noirs largement répandus chez les vertébrés et les invertébrés2. Les céphalopodes, les plantes et les microbes sont les principales sources de mélanine3. La mélanine obtenue à partir de micro-organismes présente plusieurs avantages par rapport à la mélanine des céphalopodes et des plantes. Ils ont une croissance rapide et ne posent aucun problème de variations saisonnières. Aussi, ils se modifient en fonction du milieu de croissance et des conditions de fonctionnement fournies. Compte tenu de tous ces faits, les sources microbiennes sont exploitées comme une source majeure de mélanine avec des applications commerciales potentielles 4,5,6. Guo et al. ont utilisé le recombinant Streptomyces kathirae SC-1 pour produire jusqu’à 28,8 g/L de mélanine dans un milieu optimisé7. Lagunas-Muñoz et al. Obtention d’environ 6 g/L de mélanine dans E. coli8 recombinant. Wang et al. ont obtenu environ 4,2 g/L de mélanine soluble après optimisation du milieu9. Les chercheurs ont également étudié les cultures marines pour produire de la mélanine. Kiran et al. ont produit de la mélanine à partir d’espèces marines de Pseudomonas 10. Kumar et al. ont isolé Pseudomonas stutzeri HMGM-7 à partir d’algues marines, qui produisaient de la mélanine dans un bouillon nutritif. Tous les producteurs de mélanine signalés ont besoin de suppléments moyens, d’extrait de levure et/ou de peptone pour la production de mélanine, ce qui peut entraver la mise à l’échelle du bioprocédé. Raman et al. ont étudié la production de mélanine à partir d’Aspergillus fumigatus AFGRD105, qui ne nécessitait pas d’additifs coûteux11.
Une bactérie marine connue sous le nom de Pseudomonas stutzeri, isolée d’algues, a été sélectionnée pour la production de mélanine. Ce micro-organisme ne nécessite pas de supplémentation supplémentaire en tyrosine et en extrait de levure pour la production de mélanine soluble et se développe dans des milieux à base d’eau de mer, réduisant ainsi l’empreinte eau potable et le coût moyen. Thaira et al. ont rapporté un bioprocédé optimisé utilisant de la farine de gâteau de noix de coco pour la production de nanopigments de mélanine à l’aide de cette bactérie marine dans une publication précédente12. La mélanine produite a été utilisée pour l’élimination très efficace des métaux lourds des nappes phréatiques synthétiques. Cependant, lors de l’optimisation du milieu, une inhibition plausible de la mélanine sur la croissance et la formation du produit a été identifiée. Par conséquent, dans ce protocole, l’inhibition par rétroaction de la mélanine est étudiée et quantifiée à l’aide du modèle généralisé de Han-Levenspiel. Un protocole de bioprocédé adsorbatif simple et efficace est développé pour réduire au maximum l’inhibition par rétroaction.
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1. Croissance et maintien de la culture de Pseudomonas stuttzeri .
2. Études d’inhibition de la mélanine sur la croissance et l’activité enzymatique
3. Modélisation de la cinétique d’inhibition de la mélanine
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(6)4. Développement du bioprocédé adsorbant
5. Sélection du meilleur adsorbant parmi les différents adsorbants disponibles
6. Effet du temps de dosage de l’adsorbant
7. Effet de la quantité de dose d’adsorbant
8. Modélisation mathématique du bioprocédé
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(8)
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(11)
(12)
(13)
(14)9. Techniques analytiques
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(16)Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Les figures 1A, B montrent la croissance et la production de mélanine sous l’influence de différentes concentrations initiales de mélanine. La croissance cellulaire et la production de mélanine ont considérablement diminué avec l’augmentation de la concentration initiale de mélanine. À une concentration initiale de 500 mg/L de mélanine dans le milieu, la biomasse et la mélanine ont été réduites à près de 50 % de la valeur maximale obtenue dans le groupe témoin. À 1000 mg/L d...
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L’inhibition du produit est un goulot d’étranglement majeur dans les bioprocédés, ce qui entraîne une réduction de la productivité. Plusieurs méthodes existent pour réduire l’inhibition du produit, telles que les techniques de bioprocédés continus et d’élimination in situ du produit. Cependant, ces options nécessitent une refonte complète de l’installation de biotraitement existante 23,24,25,26,27,28.
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Les auteurs n’ont pas de conflit d’intérêts
Nous remercions le ministère de la Science et de la Technologie (DST/TSG/WP/2014/58), l’Inde et l’Institut national de technologie du Karnataka d’avoir financé l’élaboration du protocole ci-dessus.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| ; Alumina+A15A26A3 :A13A3 :A16A3 :A17 | HiMedia | GRM1909 | |
| Charbon actif | HiMedia | PCT1001 | |
| Eau de mer artificielle Medium | HiMedia | M1942 | |
| Bradford kit de réactifs | HiMedia | ML106 | |
| Celite HiMedia | GRM226 | ||
| Centrifugeuse | REMI | CM-8 | |
| Tubes à centrifuger | HiMedia | PW1207 | |
| Acide dinitrosalicylique | HiMedia | GRM1582 | |
| Erlenmeyer Fiole | Borosil | 4980021 | |
| terre foulante | HiMedia | GRM232 | |
| Glucose | HiMedia | MB037 | |
| HCl | HiMedia | AS004 | |
| L-tyrosine | HiMedia | RM069 | |
| Microsoft Excel | Microsoft | ||
| Analyseur de nanoparticules | HORIBA Scientific | Nanopartica SZ-100 | |
| Gélose nutritive moyenne | HiMedia | M001 | |
| Plaque de Petri | HiMedia | PW054 | |
| Tampon phosphate | HiMedia | M1452 | |
| Hydroxyde de sodium | HiMedia | MB095 | |
| Spectrophotomètre | Thermofisher | Genesys 10 | |
| Bioréacteur à cuve agitée | Scigenics | Bioferm LS | |
| TE Buffer | HiMedia | ML060 | |
| Microscope électronique à transmission | JEOL | JEM-2100 | |
| Zeolite | HiMedia | GRM3834 |
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