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Des conditions de culture bien spécifiques
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Evolution ou révolution
Écrit par Administrator   
Vendredi, 26 Mars 2010 10:51

 

         L'utilisation de matériel biologique a commencé par une culture de bactéries, de champignons ou de moisissures de surface en milieu solide ou liquide. Cette culture a été longtemps empirique.

La culture submergée en milieu liquide, actuellement la plus répandue et la plus classique dans un contexte scientifique, est relativement récente même si diverses tentatives plus ou moins réussies ont été réalisées. La plus célèbre est peut être celle de Weizman durant la première guerre mondiale : il réussit à faire produire par un Clostridium (donc en anaérobiose stricte) de l'acétone et du butanol utilisés pour la fabrication d'explosifs (dynamite, par exemple obtenue par évaporation de l'acétone qui a servi de solvant à la nitroglycérine pour la mise en contact avec un support la stabilisant : la terre de diatomées ou Kieselguhr). Une production d'acide lactique était également réalisée ... en plus de ce qui était réalisé en brasserie.
Si, après les travaux de Pasteur et de Koch définissant la notion et les conditions d'obtention de cultures pures, des  cultures  pures étaient utilisées comme inoculum, le suivi des conditions de culture restait essentiellement empirique: Il s'agissait des débuts de la  microbiologie industrielle. 

La culture en milieu liquide  a été étudiée, pour la première fois au  laboratoire, par Jacques Monod (1910 - 1976) dans sa thèse soutenue en 1942 consacrée à Bacillus coli (qui deviendra Escherichia coli en 1954) ; outre la définition de conditions expérimentales de culture précise permettant l'obtention de résultats reproductibles, ce chercheur définit les paramètres de croissance (taux de croissance, rendement de transformation d'un substrat en biomasse ou en un produit, ....)  et le phénomène de diauxie (ce qui conduira l'équipe de l'Institut Pasteur à la découverte de la notion d'opéron - l'opéron lactose, en l'occurence et le prix Nobel de 1965 

La culture submergée à l'échelle industrielle a été réalisée, pour la première fois, aux USA (industrie pharmaceutique en rapport avec un centre de recherche fédéral) durant la seconde guerre mondiale pour la production de pénicilline, premier antibiotique dont les pouvoirs thérapeutiques ont été mis en évidence (par  Florey et Chain vers 1941). Ainsi naquit, dans l'immédiat après guerre, l'importante industrie des antibiotiques.

Furent alors rapidement mises en évidence  les particularités liées à une culture de microorganismes à grande échelle : nécessité d'utiliser des cuves en acier inoxydable de forme bien précise (fermenteur de type Porton) , nécessité du maintien de la stérilité,  importance de l'aération ....  Au fur et à mesure du temps furent mis en évidence la nécessité du contrôle de paramètres comme le volume du fermenteur,  la température, le pH, l'aération. De plus, il fut reconnu que les performances de la culture étaient nettement améliorées si des paramètres comme pH, température, taux d'oxygène étaient maintenus constants,  c'est à dire régulés par ajout de réactifs en quantité déterminée (classiquement de base comme KOH, ou de NH3 dans le cas de la régulation du pH).
De grands progrès techniques ont été réalisés (électrode à oxygène - électrode de Clark en 1948, généralisation de l'usage des électrodes de verre, généralisation de la régulation PID, ....) depuis les débuts de la production de pénicilline : les paramètres de fermentation peuvent être maintenant suivis en ligne (en temps réel)   et  la régulation de paramètres comme pH, température, concentration d'oxygène dissous est maintenant réalisée dans les appareillages récents quelle qu'en soit l'échelle.

Des études ont ainsi pu être menées permettant de déterminer des relations entre des paramètres physico chimiques mesurés et des grandeurs caractérisant  l'état de la culture. Ces relations permettent de prédire , dans des limites données, le comportement de la culture.  En tenant compte du mode d'alimentation en substrat, et en utilisant les relations précédentes, il est possible de prédire l'évolution de la biomasse, des substrats et des produis en fonction du temps, c'est à dire de modéliser la fermentation.
De même; on peut également tenter prédire le fonctionnement métabolique des cellules  en fonction des concentrations des divers substrats disponibles. Ainsi peut-on avoir des modèles globaux du comportement du micoorganisme durant la fermentation.
Ces modèles peuvent servir de guide pour le suivi d'une fermentation et son pilotage en cas de déviation du comportement normal.

On voit que le temps n'est plus à la non intervention au cours de la culture : grâce à la théorisation de la fermentation, aux outils permettant la mesure en ligne des paramètres, il est possible non seulement de suivre de manière (plus ou moins précise) le déroulement de la culture et même, dans les cas les plus favorables; de l'orienter.

Mise à jour le Mercredi, 07 Avril 2010 16:23
 
 

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