Production de cellulose par bactéries

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Objectif(s)

L'objectif de ce projet d'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC) est de déterminer la faisabilité de la production éconergétique et économique de la cellulose bactérienne à l'aide d'une nouvelle espèce de bactérie cellulosique. L'isolat bactérien et la cellulose qu'il produit seront caractérisés.

Description

La cellulose, un biopolymère structurel abondant qui constitue l'élément principal des parois cellulaires végétales, est utilisée dans une variété d'applications industrielles notamment la production de papier, de textile, et de combustible. L'isolat bactérien à l'étude est l'une des deux seules souches connues, l'autre étant une souche type provenant de l'American Type Culture Collection. Ce projet consiste à élaborer un processus visant la production de cellulose bactérienne, à caractériser le génome et l'organisation de la bactérie, et à construire des sondes d'ADN pour isoler des souches supplémentaires. Les paramètres du processus cellulosique y compris les souches et substrats qui conviennent le mieux, la température durant la préparation d'inoculums pour fermentation, de même que les pratiques culturelles appropriées seront évalués afin d'assurer des rendements consistants durant la production de cellulose. D'un intérêt particulier, l'emplacement des gênes qui participent à la synthèse cellulosique sera caractérisé. Des souches qui ne reviennent pas à un phénotype de production non cellulosique seront développées. Une évaluation plus approfondie de la stabilité phénotypique des souches supplémentaires isolées et de leur capacité à produire de la cellulose sera effectuée. Divers habitats seront échantillonnés à l'aide de techniques délicates notamment d'hybridation sur colonies ou d'hybridation fluorescente in situ pour détecter des souches bactériennes. Plus particulièrement, une méthode reposant sur sonde oligonucléotidique à cible NRAr 16S (courte séquence) servira à isoler d'autres souches de bactéries cellulosiques qui seront davantage caractérisées par phénotype et génotype. Les structures cristallines et l'indice de cristallinité de la cellulose produite par l'isolat(s) seront également déterminés à l'aide de diagrammes de diffraction des rayons X et comparés avec la cellulose produite par l'espèce Acetobacter xylinum (actuellement utilisée dans les fermentations industrielles) en vue d'évaluer les similarités, la cristallinité, et des propriétés fonctionnelles. Les défis à relever dans le cadre de ce projet comprennent la présence d'une seule et unique souche bactérienne supplémentaire comme référence, le manque de connaissances concernant l'écologie de l'espèce, l'isolation de souches supplémentaires, et le retour de la bactérie isolée et d'autres souches vers un phénotype cellulosique (-).

Micrographe électronique à
balayage de cellulose produite à
l'aide d'un nouveau isolat bactérien

Réalisations notables

La caractérisation de l'espèce bactérienne isolée et des mécanismes sous-jacents la production de cellulose permettra de mieux comprendre les caractéristiques génétiques et phénotypiques de l'espèce. Cela facilitera l'isolation d'autres souches bactériennes aux propriétés similaires et permettra l'étude comparative avec d'autres souches. L'élaboration d'un processus de production de cellulose à partir d'isolats bactériens servira de fondement à la production efficace et économique de cellulose bactérienne offrant des rendements maximaux sur le plan industriel. Cela permettra en outre d'utiliser la cellulose bactérienne comme solution de rechange à la cellulose végétale, avec comme conséquence la préservation des ressources forestières.