Understanding and control of filamentous fungi morphology in submerged culture
Compréhension et contrôle de la morphologie des champignons filamenteux en culture liquide
Résumé
Biotechnology has for many years operated a large collection of microorganisms in food and health sectors. Today, this field fits perfectly into the ecological transition of chemical and environmental sectors, by designing high-performance processes to replace petroleum products. Filamentous fungi represent important organisms in industrial biotechnologies, widely used for the production of metabolites with strong commercial interests such as antibiotics, enzymes or organic acids. Their implementation in submerged environment is continually attracting new research to overcome issues associated with their behavior. Indeed, this mode of cultivation generates different fungal morphologies, mainly dependent on their intrinsic biological properties but also on physico-chemical conditions within their environment. This characteristic of filamentous fungi very often influences their implementation and their productivity.This thesis proposes an original study to identify and control the underlying phenomena that influence fungal morphogenesis. To this end, we propose research combining fundamental and applied studies on several strains of strong industrial interest. We have investigated and developed various pioneering techniques for the control of fungal morphology. Microparticles implementation and development of a microfluidic encapsulation technique allowed us to confirm and deepen the aggregation mechanisms of fungal conidia. On the other hand, the addition of mineral salts in the culture medium prevented hyphae aggregation. To validate an extrapolation of these results towards an industrial process, these tools were also implemented during the first steps of scale-up. These works bring results and perspectives in the control of bioprocesses involving filamentous fungi.
La biotechnologie exploite depuis de très nombreuses années une importante collection de micro-organismes pour fabriquer des produits dans des secteurs tels que l’alimentation et la santé. Elle s’inscrit aujourd’hui parfaitement dans la transition écologique du secteur de la chimie et de l’environnement, en concevant des produits performants pour substituer les produits d’origine pétrolière. Les champignons filamenteux représentent d’importants organismes en biotechnologies industrielles, largement utilisés pour la production de métabolites d’intérêts commerciaux tels que les antibiotiques, les enzymes ou encore les acides organiques. Leurs mises en œuvre en milieu liquide attirent continuellement de nouvelles recherches afin de surmonter les problèmes associés à leur comportement. En effet ce mode de culture engendre différentes morphologies fongiques, dépendantes principalement de leur propriétés biologiques intrinsèques mais aussi des conditions physico-chimiques au sein de leur environnement. Cette caractéristique conditionne bien souvent leur mise en œuvre et leur productivité.Cette thèse propose une étude originale dont l’objectif est d’identifier et de contrôler les phénomènes sous-jacents qui influent sur la morphogénèse des champignons. Pour cela nous proposons des recherches couplant des études fondamentales et appliquées sur plusieurs souches de fort intérêt industriel. Nous avons investigué, mis au point et développé différentes techniques pionnières dans la maitrise de la morphologie fongique. La mise en œuvre de microparticules et le développement d’une technique d’encapsulation par microfluidique ont permis de confirmer et d’approfondir les mécanismes relatifs à l’agrégation des conidies de champignon. D’autre part, l’ajout de sels minéraux dans le milieu de culture a montré l’affranchissement de l’agrégation des hyphes de champignons. Pour concrétiser une extrapolation des résultats vers un procédé industriel, ces outils ont également été implémentés au cours des premières étapes de changement d’échelle. Ainsi ces travaux apportent des résultats et des perspectives concrètes dans la maîtrise des bioprocédés impliquant les champignons filamenteux.
Origine : Version validée par le jury (STAR)