Valorisation des déchets végétaux par la bactérie Dickeya dadantii
La quantité énorme de polysaccharides dans les déchets végétaux représente une ressource renouvelable inexploitée pour les industries alimentaire, chimique et pharmaceutique. La valorisation optimale des déchets verts et notamment la pectine, un polymère relativement abondant constitue une voie prometteuse. Cet article, paru dans Journal of Biological Chemistry, illustre l’apport de la modélisation en biologie systémique pour optimiser la conversion de la pectine en oligomères de petites tailles et à forte valeur ajoutée, grâce à la bactérie Dickeya dadantii qui semble très adaptée pour cette fonction.
L’exploitation des ressources biologiques, notamment les déchets végétaux, est une question importante en termes économiques et écologiques. La production d’énergie et de composés à forte valeur ajoutée à partir de la décomposition de la pectine semble être une voie prometteuse parce que ce polymère est abondant dans de nombreuses pulpes de fruits et légumes, et est facilement dégradable en comparaison avec la lignine ou même la cellulose. Par ailleurs, les oligosaccharides dérivés de la pectine (POS) présentent des effets prébiotiques et des activités antitumorales potentielles. En effet, des études récentes soulignent la capacité des POS à lier la galectine 3, une protéine clé dans les cancers métastatiques.
Pour étudier quantitativement le processus de dégradation de la pectine, un bioréacteur contenant la bactérie pathogène des plantes Dickeya dadantii a été alimenté en continu avec ce polymère. Grâce aux pectate lyases produites par ces bactéries, la pectine est dépolymérisée en POS, qui sont extraits en permanence du réservoir. Grâce à une modélisation mathématique, il a été prédit que l’efficacité de conversion de la pectine en POS augmente dans une plage de coefficients de dilution jusqu’à atteindre une limite supérieure lorsque la fraction de POS extraite du bioréacteur est maximisée.
Des expériences dans lesquelles les coefficients de dilution ont été modifiés ont permis de valider quantitativement les prédictions du modèle. L'analyse théorique du système a permis une extrapolation du calcul d’efficacité de décomposition de la pectine par huit autres microorganismes producteurs de pectate lyases. Cette étude suggère que D. dadantii est le microorganisme le plus efficace et est donc le meilleur candidat pour la bioproduction de POS à partir de pectine.
Figure : Variation du pourcentage optimal de conversion pectine/POS en fonction du paramètre sans dimension e. Ce dernier s’interprète comme le rapport entre le taux de consommation bactérienne de pectine divisé par le taux de production de POS par décomposition enzymatique. Plus e est petit, plus le rendement de POS produit est important. L’extrapolation théorique à huit autres micro-organismes producteurs de pectate lyases suggère que Dickeya dadanti possède le meilleur facteur de conversion pectine/POS.
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Modeling the bioconversion of polysaccharides in a continuous reactor: A case study of the production of oligogalacturonates by Dickeya dadantii.
Sepulchre JA, Reverchon S, Gouzé JL, Nasser W.
J Biol Chem. 2019 Feb 1;294(5):1753-1762. doi: 10.1074/jbc.RA118.004615. Epub 2018 Déc. 3.