Ingénierie fermentaire

Découvrir, apprivoiser et préserver les espèces cachées

La découverte, le développement et la production d'un composé actif exige de la pluridisciplinarité et une expertise en bioprocédés. En amont des étapes de criblage et d'identification, l’unité d’ingénierie fermentaire recherche des conditions de culture adaptées aux espèces microbiennes non cultivées ou considérées comme incultivables. Après identification d’un composé actif d’intérêt produit par la souche, l'équipe optimise les conditions de fermentation qui permettent d’activer les voies métaboliques impliquées dans sa synthèse. Enfin, l’unité détermine et maitrise les paramètres critiques qui conditionnent le rendement et la qualité du produit assurant la répétabilité et la robustesse du procédé de production à l’échelle pilote puis industrielle.

Activités principales

Culture avancée

En amont du processus de criblage, les souches bactériennes issues d’échantillons environnementaux sont isolées. À cette étape, l’équipe collabore étroitement avec l'unité de biodiculture afin de décrypter les besoins physiologiques des espèces bactériennes présentes dans l’échantillon et de déterminer les conditions qui leur permettront de produire de nouveaux composés. Différentes approches de culture sont investiguées en milieux solide et liquide : cocultures, ajout d’inducteurs, reconstitution de milieux de culture issus de l’environnement ou conception de milieux chimiquement définis ou complexes. 

Optimisation des bioprocédés

Pour améliorer la production d'un métabolite endogène ou pour induire la synthèse d'un nouveau composé, l’unité développe une approche adaptée à chaque souche bactérienne. Cette phase d’optimisation se déroule en deux étapes (1) l’équipe sélectionne ou conçoit le milieu de culture le plus approprié pour la production et l’extraction du composé d’intérêt puis (2) détermine les conditions de culture qui garantiront une production optimale en laboratoire. En pratique, un certain nombre de conditions de culture sont testées en parallèle dans des bioréacteurs de 2 litres qui peuvent fonctionner en mode continu, discontinu (batch) ou discontinu alimenté (fed-batch). Les cuves sont équipées de capteurs en ligne mesurant la température, le pH, la pression partielle en oxygène, le potentiel d’oxydoréduction ainsi que les gaz produits. Grâce à l’analyse en temps réel des données générées, les scientifiques de l’unité pilotent chaque cycle de fermentation pour maitriser le comportement des micro-usines bactériennes.

Mise à l'échelle des procédés

Le changement d’échelle peut entraîner une modification des performances de production d’un procédé. Disposant de bioréacteurs pré-pilote de 20 litres, l'unité standardise les conditions de fermentation pour assurer le transfert entre le laboratoire et le site de production. L’enjeu et de conserver aux différentes échelles les performances du procédé : titres, productivités, rendements et qualité des composés d’intérêt.
Les équipes de DEINOVE accompagneront le transfert du procédé via la rédaction d’un cahier des procédés et une assistance physique afin de garantir le succès de l’industrialisation. 

Activités support

En collaboration avec l’unité de biologie synthétique, l'équipe participe à la compréhension de l'impact des modifications génétiques sur le comportement physiologique des souches.

Bibliographie

Kent, J. A. (2003). Industrial Fermentation: Principles, Processes, and Products. In Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry (pp. 963–1045). Springer US.

Schmidt, F. R. (2005). Optimization and scale up of industrial fermentation processes. Applied Microbiology and Biotechnology, 68(4), 425–435.

Fedorenko, V. (2015). Antibacterial Discovery and Development: From Gene to Product and Back. BioMed Research International. 1–16.