Bioprospection d'exopolysaccharides d'intérêt industriel

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13561 (2023) Citer cet article

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Les exopolysaccharides cyanobactériens (EPS) sont des candidats potentiels pour la production de biopolymères durables. Bien que les propriétés bioactives et physicochimiques des EPS à base de cyanobactéries soient attractives, leur exploitation commerciale est limitée par les coûts de production élevés. La bioprospection et la caractérisation de nouvelles souches productrices d’EPS dans des conditions industriellement pertinentes sont essentielles pour faciliter leur mise en œuvre dans diverses applications et domaines biotechnologiques. Dans le présent travail, nous avons sélectionné vingt-cinq souches de cyanobactéries portugaises issues d'une gamme taxonomique diversifiée (y compris certains genres étudiés pour la première fois) à cultiver sous une lumière et une température diurnes, simulant les conditions climatiques portugaises, et avons évalué leurs performances de croissance et leurs propriétés proximales. composition des macronutriments. Les genres Synechocystis et Cyanobium, d'origine marine et d'eau douce, ont été mis en évidence comme étant à croissance rapide (0,1–0,2 g L−1 jour−1) avec une composition de biomasse distincte. Synéchocystis sp. LEGE 07367 et Chroococcales cyanobacterium LEGE 19970, ont montré une production de 0,3 et 0,4 g L−1 de polysaccharides libérés (RPS). Il s’agissait de polymères à base de glucane présentant un poids moléculaire élevé et un nombre de monosaccharides inférieur à celui habituellement rapporté pour les EPS cyanobactériens. De plus, l’absence de cyanotoxines connues chez ces deux producteurs de RPS a également été confirmée. Ce travail constitue les premières étapes du développement de bioprocédés cyanobactériens EPS sous le climat portugais.

Les cyanobactéries et les microalgues contribuent largement à la bioéconomie en fournissant des matières premières pour l'alimentation humaine et animale, la bioénergie, les cosmétiques et les bioplastiques1. De plus, d’importants efforts de recherche et développement exploitent la production industrielle actuelle de ces usines photoautotrophes pour en faire des applications économiquement réalisables2. Certains produits, tels que les biopolymères (c'est-à-dire les substances polymères d'origine naturelle), sont encore limités par le coût et la capacité de production lorsqu'ils sont envisagés pour les marchés de gros. Il existe cependant des marchés à forte valeur ajoutée, pour des applications particulières où les biopolymères cyanobactéries/microalgues peuvent être commercialisés avec succès en raison de leurs propriétés physicochimiques et/ou bioactives spécifiques3,4,5. L’intérêt de ces biopolymères dans la bioéconomie peut être salué à travers les améliorations technologiques et la découverte de nouvelles usines photoautotrophes1. Ainsi, la bioprospection des conditions industriellement pertinentes (par exemple, lumière, température) est essentielle au développement de bioprocédés et à la réduction des coûts6,7.

Les cyanobactéries sont une source prometteuse de biopolymères sous forme de polysaccharides, que l'on retrouve de manière intracellulaire (par exemple le glycogène) ou extracellulaire sous forme d'exopolysaccharides (EPS)8,9,10. Les EPS sont des exsudats riches en polysaccharides qui adhèrent à la face externe de la paroi cellulaire. Cependant, ils existent également dans le surnageant, non connectés à la paroi cellulaire. Bien que l’origine de ces polysaccharides dans le surnageant ne soit pas entièrement comprise, des preuves suggèrent qu’ils ont une composition similaire en monosaccharides11,12,13,14. Cependant, ces deux phases sont extraites différemment et se distinguent en polysaccharides liés aux cellules (CPS) et en polysaccharides libérés (RPS)15.

Ces biopolymères ont été intensivement étudiés et certains ont montré des propriétés techno-fonctionnelles intéressantes16,17,18 ; avec des propriétés bioactives telles que des propriétés antivirales, anti-inflammatoires et cicatrisantes19,20,21, ce qui en fait de bons candidats pour des produits à haute valeur ajoutée.

Un examen complet des méthodologies appliquées à la bioprospection des EPS cyanobactériens a montré des caractéristiques communes : les profils de lumière et de température sont constants et les souches explorées proviennent principalement des ordres Nostocales et Oscilatoriales et du genre Nostoc15. Ces études ont montré que la teneur en EPS est un caractère spécifique à la souche.