Production microbienne de naringénine : une approche durable

Les flavonoïdes sont un type de composé naturel qui vient des plantes. On les trouve dans plein de fruits, légumes et autres aliments d'origine végétale. Il y a plus de 9 000 types différents de flavonoïdes, comme les flavones, flavanols, isoflavones, anthocyanines et chalcones. Ces composés sont connus pour leurs bienfaits potentiels sur la santé. Ils pourraient aider à protéger le corps contre le cancer, l'inflammation et les virus, et pourraient aussi avoir des effets positifs sur le cerveau et le cœur.

Un flavonoïde important s'appelle la naringénine. La naringénine joue un rôle clé dans la production de flavonoïdes dans les plantes. Elle sert de brique de construction à partir de laquelle d'autres flavonoïdes sont fabriqués. Des études récentes suggèrent que la naringénine pourrait aider à traiter le COVID-19, ce qui a attiré l'attention des chercheurs.

#Production traditionnelle de flavonoïdes

Traditionnellement, les flavonoïdes et les composés qui leur sont liés ont été obtenus en les extrayant des plantes. Cette méthode peut être compliquée et nécessite souvent beaucoup de travail pour séparer et purifier les composés. Malheureusement, cette approche n'est pas la plus rentable pour obtenir des flavonoïdes, et elle peut être non durable. Le rendement, ou la quantité de produit utilisable, est aussi faible quand on dépend de la nature.

Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques ont commencé à chercher des moyens de produire de la naringénine en utilisant des microbes, qui sont de minuscules organismes vivants comme les bactéries. Cette méthode est plus efficace et peut produire de plus grandes quantités de flavonoïdes.

#Utilisation de microbes pour la production de naringénine

Des microbes communs comme Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum, et Saccharomyces cerevisiae ont été utilisés pour produire des flavonoïdes. Ces microbes peuvent convertir des composés simples en naringénine. Par exemple, des chercheurs ont modifié génétiquement E. coli pour produire de la naringénine à partir de glucose et de glycérol en ajoutant des gènes responsables de la fabrication de naringénine à partir de sources végétales. D'autres études ont utilisé C. glutamicum pour obtenir des résultats similaires.

Bien que ces méthodes aient montré du potentiel, il reste encore des défis à relever, surtout en ce qui concerne la disponibilité d'un composé clé appelé Malonyl-CoA, qui est crucial pour la production de flavonoïdes.

#Défis avec le malonyl-CoA

Le malonyl-CoA est essentiel pour synthétiser la naringénine. Certaines recherches se sont concentrées sur l'utilisation de micro-organismes capables de produire plus de lipides (graisses) car ces organismes peuvent aussi produire de plus grandes quantités de malonyl-CoA. Un champignon particulier, Mucor circinelloides, a été modifié pour produire de la naringénine, bien que la quantité produite soit encore faible.

Un autre point important est que le coumarate, l'ingrédient principal nécessaire à la fabrication de naringénine, se trouve dans une substance appelée Lignine prétraitée alcaline. La lignine est un composant majeur des parois cellulaires des plantes et est souvent gaspillée dans le processus de fabrication du papier. Ce déchet pourrait être réutilisé comme source pour produire de la naringénine.

#Acinetobacter baylyi comme hôte microbien

Acinetobacter baylyi ADP1 est un type de bactérie qui est étudié comme un candidat potentiel pour convertir des composés de lignine en naringénine. Elle a la capacité d'absorber et d'utiliser des composés aromatiques comme le coumarate. De plus, cette bactérie peut tolérer de fortes concentrations de composés liés à la lignine.

Les chercheurs ont également montré qu'A. baylyi ADP1 pouvait produire de grandes quantités de certains types de lipides, ce qui peut fournir le malonyl-CoA nécessaire à la production de naringénine. En plus, cette bactérie est facile à manipuler génétiquement, ce qui en fait un hôte favorable pour ces processus de production.

#L'étude de la production de naringénine dans A. baylyi ADP1

Dans cette étude, les chercheurs voulaient produire de la naringénine dans A. baylyi ADP1. Ils ont profité de la capacité de la bactérie à utiliser le coumarate et ont créé un nouveau chemin pour synthétiser la naringénine. Un processus par lot alimenté a été mis en place pour augmenter la production de naringénine, ce qui a conduit à une augmentation significative de la quantité produite.

#Matériaux et méthodes

Les chercheurs ont utilisé différentes souches bactériennes pour leurs expériences. Ils ont maintenu ces souches sur des milieux de croissance spéciaux et utilisé divers antibiotiques pour sélectionner les bactéries souhaitées. A. baylyi ADP1 a été utilisé pour la production de naringénine.

Des modifications génétiques ont été apportées aux bactéries pour améliorer leur capacité à produire de la naringénine. Les chercheurs ont construit des modèles d'ADN spécifiques pour guider les changements dans A. baylyi ADP1.

Pour tester la production de naringénine à plus petite échelle, l'équipe a d'abord cultivé les bactéries modifiées dans de petits tubes puis les a transférées dans des flacons plus grands. Ils ont surveillé la croissance des bactéries et la production de naringénine au fil du temps.

Pour une production à plus grande échelle, ils ont utilisé un bioréacteur, qui est un environnement contrôlé permettant une meilleure gestion des conditions de croissance. Les chercheurs ont ajusté le pH et les concentrations de substrat pour optimiser la production de naringénine.

#Résultats et discussion

Les résultats ont montré qu'A. baylyi ADP1 pouvait produire efficacement de la naringénine à partir de coumarate. Les chercheurs ont d'abord testé combien de naringénine pouvait être produite dans un petit dispositif. Ils ont trouvé que la production de naringénine variait selon la combinaison de gènes utilisés dans la voie de production.

La plus haute production de naringénine a été atteinte avec des combinaisons spécifiques de gènes, entraînant de meilleurs rendements par rapport aux souches précédentes. Lorsqu'on est passé à des conditions de bioréacteur, la quantité de naringénine produite a augmenté de manière significative.

De plus, les chercheurs ont noté que la concentration de coumarate utilisée pouvait affecter la production de naringénine. Lorsque trop de coumarate était présent, cela pouvait freiner la production globale. Ils ont donc trouvé un équilibre dans la concentration de coumarate qui optimisait les rendements.

En plus, ils ont testé l'impact du malonate, un autre composant clé dans la production de naringénine. En inhibant les voies qui décomposent le malonate, ils espéraient augmenter la quantité de malonyl-CoA dans les bactéries. Cependant, les résultats n'étaient pas à la hauteur des attentes, et d'autres investigations sont nécessaires pour comprendre comment augmenter au mieux les réserves de malonyl-CoA.

L'étude a également souligné que le pH de l'environnement de croissance joue un rôle important dans l'activité des enzymes impliquées dans la production de naringénine. Les chercheurs ont découvert que maintenir le pH dans une certaine plage conduisait à de meilleurs taux de production.

Au final, les meilleurs résultats ont été obtenus en utilisant une combinaison de gènes dérivés de plantes tout en contrôlant les conditions de croissance dans le bioréacteur. Les chercheurs ont réussi à produire un total de 66 mg/L de naringénine, montrant le potentiel d'A. baylyi ADP1 en tant qu'hôte efficace pour produire ce composé précieux.

#Conclusion

Cette recherche démontre la capacité d'A. baylyi ADP1 à produire de la naringénine à partir de coumarate. Les approches prises pour modifier les bactéries et contrôler les conditions de croissance montrent un potentiel pour la future production de flavonoïdes. Les résultats mettent en avant le potentiel d'utiliser des matériaux de déchets comme la lignine et le besoin de recherches supplémentaires pour peaufiner les méthodes de production.

Les résultats de l'étude présentent A. baylyi ADP1 comme un candidat solide pour produire non seulement de la naringénine mais potentiellement d'autres composés précieux dérivés de la lignine. Alors que les chercheurs continuent de s'attaquer aux défis liés à l'efficacité enzymatique et aux voies métaboliques, les perspectives des bioraffineries basées sur la lignine pourraient conduire à des sources plus durables de produits naturels.