Métabolite secondaire
1 Introduction
Les métabolites secondaires (SMS) sont des composés aux structures chimiques variées et sophistiquées, produits par des micro-organismes après la phase de croissance rapide. Ces composés ne sont pas essentiels à la croissance, ils ont donc été décrits comme des SMS en opposition aux métabolites primaires (comme les acides aminés, les nucléotides, les lipides et les glucides).
Même si les antibiotiques sont les SMS les plus connus, les dernières décennies ont été une phase de découverte rapide de nouvelles activités et de développement de composés majeurs d’utilisation dans différents domaines industriels, notamment pharmaceutiques et cosmétiques, alimentaires, agricoles et agricoles. Les SMS microbiens sont maintenant de plus en plus appliqués à des maladies auparavant traitées uniquement par des drogues de synthèse; par exemple, comme agents anti-inflammatoires, hypotenseurs, antitumoraux, anticholestérolémiants, utérocontractants et antiparasitaires. De plus, de nouveaux métabolites microbiens sont utilisés dans des domaines non médicaux tels que l’agriculture, avec les principaux herbicides, insecticides, régulateurs de croissance des plantes, herbicides et pesticides respectueux de l’environnement ainsi que d’autres produits industriels comme les pigments et les tensioactifs.
D’après des études en milieu liquide, il est maintenant connu que la production de SMS commence lorsque la croissance est limitée par l’épuisement d’un nutriment clé: source de carbone, d’azote ou de phosphate (décalage nutritionnel vers le bas). Par exemple, la biosynthèse de la pénicilline par Penicillium chrysogenum commence lorsque le glucose est épuisé du milieu de culture et que le champignon commence à consommer du lactose, un sucre moins facilement utilisé. Ainsi, la culture est dirigée vers une phase de croissance relativement courte, et une phase de production longue et efficace. En d’autres termes, différents produits (métabolites unaires, enzymes, etc.) nécessite une conception et un contrôle différents du processus de fermentation.
Par conséquent, il est important de considérer que le produit est un SM et aussi sa régulation, pour concevoir un processus efficace, avec le ou les nutriments limitants appropriés. De plus, la compréhension de la réglementation des SGS a traditionnellement servi de base à la conception du procédé et a également aidé au développement de souches de production.
Cependant, l’arrivée du génie génétique, de la génomique et d’autres outils moléculaires sophistiqués ont favorisé un progrès très rapide dans la compréhension de la régulation de la SM qui n’est que lentement appliquée.
Les études indiquent qu’en plus des stimuli nutritionnels (épuisement des nutriments), il existe d’autres stimuli environnementaux inattendus qui induisent des SMS, comme l’intensité lumineuse, le pH et le statut redox. De plus, il a été constaté que même de petites molécules, qui représentent une communication intra ou interspécifique, peuvent induire des SMS.
Ces nouvelles études ont dévoilé un panorama plus complexe de la régulation de la SM, avec différents niveaux hiérarchiques, y compris la régulation épigénétique, les régulateurs mondiaux et les régulateurs spécifiques à la voie. Ces circuits de régulation sont généralement activés par des systèmes qui détectent ces différents signaux environnementaux (cascades de transduction de signal).
Cela est logique, car dans leur habitat naturel, les microorganismes (champignons et actinomycètes en particulier) sont adaptés de manière optimale pour détecter et répondre aux conditions environnementales telles que la température, l’humidité, la disponibilité des nutriments, les concurrents et même les partenaires d’accouplement potentiels, répondant souvent par SMS.
Dans les fermentations industrielles classiques, bien que dans un environnement très artificiel, les microorganismes adhèrent toujours à leur héritage évolutif de régulation génique en fonction des signaux détectés à proximité. Cela signifie que de nombreux signaux importants manquent dans ces réacteurs de fermentation immergée (SmF), et donc que le potentiel de production du microorganisme est très probablement sous-exploité.
D’autre part, la fermentation à l’état solide (SSF) peut fournir des conditions environnementales plus proches de celles de leur habitat naturel, ce qui pourrait expliquer les performances exceptionnelles en matière de production de SMS et d’enzymes dans ce système de culture.
Des études ont identifié des stimuli environnementaux spécifiques à la SSF qui ont un effet énorme sur la production de SM. Par conséquent, la liste des stimuli induisant des SMS s’est allongée, ce qui représente de nouvelles opportunités pour concevoir de meilleurs processus et repérer des cibles potentielles d’amélioration génétique.
La première partie de ce chapitre passe en revue les mécanismes classiques de contrôle des SMS et décrit certaines applications en amélioration de processus et de déformation. La deuxième section décrit la vision nouvelle et élargie de la réglementation à leurs différents niveaux. Après cela, les résultats sur la régulation du SM dans le SSF, et sa relation avec les signaux environnementaux spécifiques au SSF induisant le SM, sont examinés. La dernière section passe en revue les applications réelles et potentielles de ces nouvelles découvertes au développement des procédés et à l’amélioration génétique des souches.