CORYNEBACTERIUM GLUTAMICUM: CARACTÉRISTIQUES, MORPHOLOGIE, CULTURE - LA BIOLOGIE - 2025

Corynebacterium glutamicum est une bactérie anaérobie facultative à Gram positif présente dans le sol. Il n'est ni sporogène ni pathogène. Avec le reste des Corynebacteriaceae et les bactéries des familles Mycobacteriaceae et Nocardiaceae, il fait partie du groupe connu sous le nom de groupe CMN. Ce groupe comprend de nombreuses bactéries d'importance médicale et vétérinaire.

La bactérie C. glutamicum est largement utilisée dans l'industrie pour la production d'acides aminés. L'utilisation de cette bactérie pour la production industrielle remonte à plus de 40 ans.

Corynebacterium glutamicum. Photo par AJC1 Flickr. Tiré et édité de

La quantité d'acides aminés produits par ces bactéries, y compris le glutamate monosodique et la L-lysine, dépasse actuellement 100 tonnes par an.

Caractéristiques générales

Ces bactéries décomposent les glucides au cours du processus de fermentation. La production d'acides aminés est influencée par la source de carbone donnée et par certaines conditions de supplémentation telles que la limitation de la biotine.

Pour obtenir les inoculums, des milieux de culture de complexes de tryptone (YT), un extrait de levure et des milieux minimaux modifiés de CGXII ont été utilisés.

Pour la culture, des températures de 30 ° C et un pH de 7,4 à 7,5 sont recommandés. Les sources de carbone, ainsi que les substances qui vont être utilisées pour enrichir la culture, dépendront des résultats à obtenir.

Par exemple, le glucose, le sulfate d'ammonium, le sulfate de magnésium et le phosphate dipotassique se sont avérés avoir une influence significative sur la production de succinate.

Pour obtenir une concentration élevée en L-lysine, le milieu de culture doit contenir du glucose, du sulfate d'ammonium, du carbonate de calcium, du bactocasaminoacide, du chlorhydrate de thiamine, de la D-biotine, du dihydrogénophosphate de potassium, du sulfate de magnésium heptahydraté, du sulfate ferreux heptahydraté et le chlorure de manganèse tétrahydraté.

Corynebacterium glutamicum, photo de Carlos Barreiro. Tiré et édité de

Pathogénie

Bien que la plupart des bactéries appartenant à la famille des Corynebacteriaceae soient pathogènes, certaines d'entre elles, dont C. glutamicum, sont inoffensives. Ces dernières, appelées corynebactéries non diphtériques (CND), sont des commensaux ou saprophytes qui peuvent être présents chez l'homme, les animaux et le sol.

Certains CND, comme C. glutamicum et C. feeiciens, sont utilisés dans la production d'acides aminés essentiels et de vitamines.

Utilisations en biotechnologie

Le génome de C. glutamicum est relativement stable, se développe rapidement et ne sécrète pas de protéase extracellulaire. De plus, il est non pathogène, ne forme pas de spores et a des besoins de croissance relativement faibles.

Ces caractéristiques, et le fait qu'elle produit des enzymes et d'autres composés utiles, ont permis à cette bactérie d'être qualifiée de «bourreau de travail» en biotechnologie.

Production d'acides aminés

Le premier produit trouvé qui était connu pour être biosynthétisé par C. glutamicum était le glutamate. Le glutamate est un acide aminé non essentiel présent dans environ 90% des synapses du cerveau.

Il est impliqué dans la transmission d'informations entre les neurones du système nerveux central et dans la formation et la récupération de la mémoire.

La lysine, acide aminé essentiel pour l'homme et faisant partie des protéines synthétisées par les êtres vivants, est également produite par C. glutamicum.

D'autres acides aminés obtenus à partir de cette bactérie comprennent la thréonine, l'isoleucine et la sérine. La thréonine est principalement utilisée pour prévenir l'apparition de l'herpès.

La sérine aide à la production d'anticorps et d'immunoglobulines. L'isoleucine, quant à elle, intervient dans la synthèse des protéines et la production d'énergie lors de l'exercice physique.

Autres produits et applications

Pantothénate

C'est la forme la plus active de vitamine B5 (acide pantothénique), car le pantothénate de calcium est utilisé comme complément alimentaire. La vitamine B5 est essentielle dans la synthèse des glucides, des lipides et des protéines.

Acides organiques

Entre autres, C. glutamicum produit du lactate et du succinate. Le lactate a de multiples applications, telles que l'assouplissant textile, le régulateur d'acidité alimentaire, le tannage du cuir, le purgatif, entre autres.

Le succinate, quant à lui, est utilisé pour la production de laques, colorants, parfums, additifs alimentaires, médicaments et pour la fabrication de plastiques biodégradables.

Alcools

Parce qu'il fermente les sucres, il est capable de produire des alcools, tels que l'éthanol et l'isobutanol. Pour cette raison, il existe des essais de synthèse d'éthanol dans les cultures de C. glutamicum à partir de déchets de canne à sucre. L'objectif de ces essais est de parvenir à la production industrielle de biocarburants.

Le xylitol, un polyol ou alcool de sucre, est utilisé comme édulcorant pour les diabétiques car il n'augmente pas la glycémie.

Bioremédiation

C. glutamicum contient deux opérons dans son génome, appelés ars1 et ars2, qui sont résistants à l'arsenic. Des études sont en cours dans le but d'utiliser éventuellement cette bactérie pour absorber l'arsenic de l'environnement.

Plastiques biodégradables

En plus du succinate, un acide organique produit naturellement par des bactéries, utile pour la production de plastiques biodégradables, il existe un autre composé possible qui peut être utilisé à ces fins.

Ce composé est un polyester appelé poly (3-hydroxybutyrate) (P (3HB)). Le P (3HB) n'est pas produit naturellement par C. glutamicum. Cependant, des ingénieurs généticiens ont mené des études pour créer dans la bactérie, par manipulation génétique, une voie de biosynthèse qui permet sa production.

Références

1. S. Abe, K.-I. Takayama, S. Kinoshita (1967). Études taxonomiques sur les bactéries productrices d'acide glutamique. Le Journal de microbiologie générale et appliquée.
2. J.-Y. Lee, Y.-A. Na, E. Kim, H.-S. Lee, P. Kim (2016). L'actinobacterium Corynebacterium glutamicum, un bourreau de travail industriel. Journal de microbiologie et biotechnologie.
3. J. Lange, E. Münch, J. Müller, T. Busche, J. Kalinowski, R. Takors, B. Blombach (2018). Décrypter l'adaptation de Corynebacterium glutamicum en transition de l'aérobiose via la microaérobiose à l'anaérobiose. Les gènes
4. S. Wieschalka, B. Blombach, M. Bott, BJ Eikmanns (2012). Production biosourcée d'acides organiques avec Corynebacterium glutamicum. Biotechnologie.
5. M. Wachi (2013). Exportateurs d'acides aminés de Corynebacterium glutamicum. Dans: H. Yukawa, M. Inui (Eds.) Corynebacterium glutamicum biology and biotechnology.
6. Corynebacterium glutamicum. Sur Wikipedia. Récupéré le 25 septembre 2018 sur en.wikipedia.org.
7. Corynebacterium glutamicum. Sur Microbe Wiki. Récupéré le 25 septembre 2018 sur microbewiki.kenyon.edu.