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Date de publication : 10 septembre 2003 Date de dernière validation : 01 septem

Date de publication : 10 septembre 2003 Date de dernière validation : 01 septembre 2016 Pour toute question : Service Relation clientèle Techniques de l’Ingénieur Immeuble Pleyad 1 39, boulevard Ornano 93288 Saint-Denis Cedex Par mail : infos.clients@teching.com Par téléphone : 00 33 (0)1 53 35 20 20 Réf. : J6008 V1 Production d’antibiotiques par biotechnologies Cet article est issu de : Archives par Stéphane DELAUNAY, Emmanuel RONDAGS, Pierre GERMAIN Résumé Après une introduction sur les antibiotiques et les souches productrices, cet article présente les caractéristiques générales de la physiologie des souches et quelques types de programmes d’amélioration ciblée par modification des souches. Enfin il détaille les étapes de la mise en oeuvre industrielle, afin d'obtenir une production de biomasse efficace, c'est-à-dire rapide et propre à la synthèse d'antibiotique pendant le plus longtemps possible. Document téléchargé le : 26/12/2016 Pour le compte : 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 © Techniques de l'Ingénieur | tous droits réservés Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 6 008 − 1 Production d’antibiotiques par biotechnologies par Stéphane DELAUNAY Maître de Conférences Institut national polytechnique de Lorraine Emmanuel RONDAGS Maître de Conférences Institut national polytechnique de Lorraine et Pierre GERMAIN Professeur Institut national polytechnique de Lorraine epuis plus de 50 ans, l’antibiothérapie est le moyen de défense majeur con- tre les infections microbiennes. Parmi les fermentations industrielles, la production d’antibiotiques est l’un des secteurs les plus importants. Le criblage de souches productrices d’antibiotiques naturels a conduit à la production des antibiotiques dits de première génération. Ces micro-organismes (champignons et bactéries) se caractérisent généralement par une production qui ne se passe qu’après la croissance active, pendant des phases de stress, phases correspon- dant à une différenciation morphologique et à une différenciation physiologique. Soumise à un contrôle très strict, la production par des micro-organismes non génétiquement modiﬁés est toujours très faible. Très tôt, des programmes d’amélioration de la production par modiﬁcation des souches ont été mis en œuvre. Ces programmes ont fait d’abord appel à la mutagenèse aléatoire. De nombreux progrès ont été réalisés : élucidation des voies métaboliques de synthèse des antibiotiques et des régulations de ces voies, étude des gènes impliqués, compréhension des mécanismes de résistance des souches aux anti- biotiques qu’elles produisent. Avec le développement du génie métabolique et 1. Différents antibiotiques et micro-organismes producteurs ........ J 6 008 – 2 1.1 Antibiotiques et métabolites secondaires ................................................. — 2 1.2 Classes d’antibiotiques ............................................................................... — 3 1.3 Micro-organismes producteurs.................................................................. — 3 2. Physiologie des souches productrices............................................... — 4 2.1 Différenciation morphologique .................................................................. — 4 2.2 Différenciation physiologique..................................................................... — 5 3. Amélioration par modiﬁcation des souches .................................... — 6 3.1 Amélioration par mutagenèse aléatoire.................................................... — 7 3.2 Amélioration par génie métabolique......................................................... — 8 3.3 Autres approches de l’amélioration de souches....................................... — 9 4. Mise en œuvre industrielle.................................................................... — 10 4.1 Préparation de l’inoculum........................................................................... — 10 4.2 Mise en œuvre de la culture de production .............................................. — 10 4.3 Extraction et puriﬁcation............................................................................. — 11 Références bibliographiques ......................................................................... — 12 D Parution : septembre 2003 - Dernière validation : septembre 2016 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 tiwekacontentpdf_j6008 v1 PRODUCTION D’ANTIBIOTIQUES PAR BIOTECHNOLOGIES ______________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. J 6 008 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés du génie génétique, ces progrès permettent actuellement des modiﬁcations génétiques mieux ciblées. Les techniques d’évolution moléculaire dirigée permettent même d’envisager la production de nouveaux antibiotiques hybrides par recombinaison de gènes entre diverses souches productrices. Cet article se propose, après quelques généralités sur les antibiotiques et les souches productrices, de développer les caractéristiques générales de la physio- logie des souches, connaissances essentielles pour les programmes d’améliora- tion ciblée des souches et pour la conduite des procédés de production. La production de l’antibiotique désiré sous forme puriﬁée nécessiterait un examen des techniques d’extraction et de puriﬁcation, mais ce point a été développé dans l’article [J 6 470] avec l’exemple de la pénicilline ; il ne sera donc que briè- vement rappelé. Notations et symboles Symbole Désignations ADP Adénosine diphosphate AMP Adénosine monophosphate ATP Adénosine triphosphate CoA Coenzyme A NAD Nicotinamide adénine dinucléotide NADP Nicotinamide adénine dinucléotide phosphate ppGpp 23S Coefficient de sédimentation en unités Svedberg S (avec S = 10−13 s) Guanosine 3′- et 5′-diphosphate Glossaire Auxotrophie Exigence vis-à-vis de certains facteurs de croissance ou d’acides aminés que la souche ne peut naturellement pas synthétiser, ou qu’elle a perdu la capacité de synthétiser par modification génétique Eucaryote Organisme dont l’information génétique des cellules portée par des chromosomes est incluse dans un noyau vrai, entouré d’une membrane nucléaire (animaux, végétaux, moisissures…) Gram Coloration permettant de caractériser les bactéries en deux groupes, selon la nature de leur paroi cellulaire : bactéries Gram + bleues, bactéries Gram – roses Haploïde Organisme ne comportant l’information génétique qu’à un seul exemplaire (n chromosomes). Dans le cas des bactéries, n égale 1 Phénotype Caractère exprimé par une information génétique portée par un gène Pléiotropie Expression de plusieurs caractères différents à partir de l’information portée par un seul gène Procaryote Organisme dont les cellules possèdent une information non incluse dans un noyau (bactéries) 1. Différents antibiotiques et micro-organismes producteurs Pour les déﬁnitions, le lecteur se reportera au tableau en ﬁn d’introduction. 1.1 Antibiotiques et métabolites secondaires Les métabolites secondaires sont des molécules généralement produites par des organismes après la phase active de croissance, lors de la phase appelée idiophase par opposition à la phase de croissance active appelée trophophase. La production des méta- bolites secondaires n’est liée ni aux besoins de croissance, ni aux besoins énergétiques des organismes producteurs. Les différences essentielles entre métabolites primaires et secondaires sont résumées dans le tableau 1. Cette déﬁnition restrictive limite les antibiotiques aux seules actions antibactériennes et/ou antifongiques. Il est toutefois possi- Nous restreindrons la déﬁnition des antibiotiques à l’ensem- ble des métabolites secondaires produits par des micro-orga- nismes, métabolites secondaires qui ont le pouvoir d’inhiber ou de détruire d’autres micro-organismes. de deuxième ou de troisième Au début des années 2000, la plupart des antibiotiques utilisés sont des dérivés semi-synthétiques. Ces antibiotiques dits chimiques qui tiennent compte des études de la relation structure-activité. L ’objectif générations sont produits à partir des antibiotiques naturels, par modiﬁcations résistances acquises des micro-organismes cibles à éradiquer. Cette partie est d améliorer la posologie, d’étendre le spectre d’activité, de lutter contre les chimique de la production d’antibiotiques ne sera pas développée ici. ’ Parution : septembre 2003 - Dernière validation : septembre 2016 - Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 Ce document a ete delivre pour le compte de 7200049492 - univ paris ouest nanterre defense // 193.50.140.116 tiwekacontentpdf_j6008 v1 _____________________________________________________________________________________ PRODUCTION D’ANTIBIOTIQUES PAR BIOTECHNOLOGIES Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Génie des procédés J 6 008 − 3 ble d’assimiler aux antibiotiques des métabolites secondaires à actions antivirales et antiparasitaires. 1.2 Classes d’antibiotiques Parmi les dizaines de milliers de molécules à activité antibiotique découvertes et étudiées, une centaine seulement est utilisée en thé- rapie humaine et animale. La classiﬁcation des antibiotiques tient compte de leur nature chimique, de leur origine, de leur spectre d’action, des mécanismes moléculaires de leurs actions, des mécanismes de résistance, des effets secondaires. Parmi les nom- breux ouvrages présentant cette classiﬁcation, nous en retiendrons deux. L ’un présente, sous ces divers aspects de classiﬁcation, les antibiotiques naturels [1]. L ’autre développe, en outre, des exemples d’antibiotiques de semi-synthèse [2]. La ﬁgure 1 présente le chiffre d’affaires relatif des différentes clas- ses d’antibiotiques. I Leur nature chimique est très variée et plus ou moins complexe. Dans la structure de ces molécules cycliques apparaissent des grou- pements de nature osidique, protéique, lipidique. I Les spectres d’action sont plus ou moins étroits. I Les sites d’action sont caractéristiques de chaque famille d’anti- biotiques. Bien que pas toujours connus avec certitude, six niveaux d’action sur les cellules cibles sont recensés : la paroi, la membrane, le génome (perturbation de la réplication et de la transcription de l’ADN), la traduction de l’ARN messager (perturbation de la synthèse protéique), le métabolisme respiratoire, le métabolisme intermé- diaire. 1.3 Micro-organismes producteurs La grande majorité des antibiotiques est produite par des micro- organismes. Signalons cependant, sans nous y arrêter, l’intérêt qu’offrent les plantes supérieures dans cette production. Parmi les micro-organismes, les bactéries sont responsables d’environ 80 % de la production, les champignons de 20 %. I Les bactéries productrices appartiennent généralement à des uploads/Industriel/ production-d-x27-antibiotiques-par-biotechnologies.pdf