Les thèses de Vinoegis

Dynamique de populations microbiennes en culture mixte : étude expérimentale en bioreacteur a membranes et modélisation du phénomène killer chez saccharomyces cerevisiae.

Sébastien Pommier,  2003

Département ou laboratoire : Laboratoire de Génie Chimique

Directeur de thèse : Pierre Strehaniano

MOT CLES : CULTURES MIXTES, DYNAMIQUE DE POPULATIONS, BIOREACTEUR A MEMBRANES, INTERACTIONS MICROBIENNES, PHENOMENES KILLER, MODELISATION

Résumé

La dynamique de population au sein de cultures mixtes de micro-organismes, dépend fortement des interactions entre les différents protagonistes. On s'intéresse dans ce travail à un type particulier d'interaction par amensalisme : le phénomène killer chez les levures du genre Saccharomyces cerevisiae. Celui-ci intervient lorsqu'une souche dite "killer" sécrète une toxine létale vis-à-vis d'une autre souche dite "sensible". Dans un premier temps, les cinétiques de croissance d'une souche killer et d'une souche sensible évoluant en co-culture, ont été établies pour différents ratios initiaux killer : sensible. Les données ont été obtenues à l'aide d'un bioréacteur à membranes spécialement conçu pour l'étude des cultures mixtes, au sein duquel deux populations de micro-organismes partagent le même milieu de culture, mais sont physiquement séparées, afin de faciliter l'analyse différenciée de la biomasse. Un modèle mathématique existant a ensuite été confronté aux informations expérimentales obtenues. Ses capacités prédictives n'étant pas satisfaisantes, différentes modifications ont été apportées, motivées par les observations faites sur les cultures réalisées : l'existence d'un temps de latence avant que l'effet killer ne commence, la désactivation de la toxine en fin de culture sous l'action du pH, l'intervention d'une compétition entre les deux souches en sus de l'interaction killer. Un modèle original a finalement été proposé, basé sur la notion de quantité minimale de toxine devant être fixé sur les cellules sensibles, avant que l'activité létale ne débute.

Abstract

Many fermentation processes are performed by mixed cultures of micro-organisms. Population dynamics depend on the possible interactions between the different protagonists living together. This work deals with a case of amensalism between two Saccharomyces cerevisiae yeast strains involving the killer phenomenon. One strain, called "killer", excretes a toxin that is lethal to another strain, called "sensitive". First, co-cultures of the killer yeast strain and of the sensitive yeast strain were performed. Experimental growth kinetics were established for different initial killer : sensitive ratios. A specific membrane bioreactor was used. This tool is specially designed to study mixed cultures of micro-organisms. Its basics principle consists in keeping both strains of the culture separate by the way of a porous membrane, allowing substrates and metabolites to pass through, so that they share the same culture medium. A previously established mathematical model was then confronted to the collected data. As its ability to fit the data was shown to be poor, some improvements were proposed, based on the experimental results : a lag phase before the beginning of the lethal interaction was introduced, as well as a toxin inactivation due to dhe decrease of the pH at the end of the cultures. A weak interaction reducing the growth rates of both strains apart from the killer phenomenon was also considered. An original model was finally proposed, which takes into account a critical quantity of toxin to be fixed on the sensitive yeasts before killing them.

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