Rhodococcus et
la Biotechnologie
I Rhodococcus
dans la biotechnologie
Les bactéries
appartenant au genre Rhodococcus ont un grand nombre d’enzymes qui leur
permettent d’effectuer plusieurs biocatalyses et les réactions de dégradation
ayant pertinence industrielles (Bell et al., 1998 ; Larkin, kulakov et Allen
2006). Les Rhodococcus ont révélé être capables de dégrader une
large gamme de composés naturels et des xénobiotiques hydrophobes : à
chaine courte, longue chaine ainsi que des hydrocarbures et des composés aromatiques
halogénés, comme les hydrocarbures aromatique polycycliques, des biphényles
polychlorés de tous ces composés sont lié au génome des cellule (larkin , Kulakov et Allen 2005). La
mobilisation des grands plasmides linéaires et la présence de plusieurs
homologues d’enzymes dans les voies cataboliques (Van der Geize et Dijkluizrn
2004 ; Larkin ,Kulakv et allen 2006).
II
Biodégradation et bioremediation
La capacité de
dégrader un grand nombre de composés organiques et leur tolérance associée font
des bactéries Rhodococcus, une étude de cas appropriée en vue d’une
utilisation dans la biorestauration et biodégradation des polluants (Bell et al.,
1998 ; Larkin, Kulkov et Allen 2006 ).
Les déchets produits
par les industries sont grandes en quantité et très variés. La contamination
des sols et d’eau devient un problème difficile à résoudre .Les Rhodococcus
ont montré leur capacité à dégrader les polluants biodisponibles faibles,
allant de simple hydrocarbures, aux hydrocarbures chlorés, les hydrocarbures
aromatiques, les nitroaromatiques et aromates polycycliques chlorés (Bell et
al., 1998 ) . Les rapports établis au sujet des espèces Rhodococcus
démontrent que R rhodochrous peuvent dégrader des
polychlorobiphényles (PCB) (Asturias et
Tirunis 1993). L’assainissement biologique des déchets contenant de
l’atrazine et de s-triazine peuvent être effectués par R corallinus (Arnold et al.,
1996) .R ruber et R crythropolis ont été décrits comme capable d’assainir les
environnements contaminés par le pétrole brut ( Bell et al., 1998) .
La souche R crythropolis DCL14 a été décrit pour être capable de
dégrader une large gamme de composés toxiques, comme les n-alcanes et des
composés aromatiques, des mazouts et de l’huile (de Carvalho da Fonseca et 2005b).
III La
production des biosurfactants
En réponse à la
présence de composés hydrophobes, tels que les hydrocarbures, les bactéries
appartenant au genre Rhodococcus produisent des biosurfactanes, les
tensioactifs cellulaires produits par ce genre sont principalement des
glycolipides (Lang et al., 1998).Ils favorisent l’adhérence des cellules
bactériennes des phases hydrophobes dans deux systèmes de phase. Ce fait réduit
la tension interfaciale entre les phases, ce qui permet une entrée plus facile
de composés hydrophobes dans des cellules. La dispersion des composés
hydrophobes causée par les agents tensioactif augmente leur de surface pour
l’action microbienne (Bell et al., 1998 ). Utilisation de
biosurfactants présente plusieurs avantages et complète le traitement des
déchets chimiques par bioremedéation La
souche R erythropolis DCL14 à une production de tensioactif
glycolipide-base en présence d’alcanes à langue
chaine ( Carvalho, Wick et Heipieper et al., 2009). Les
biosurfactants produits par R erythropolis , R opacus et R ruber peuvent
être appliqués dans le pétrole brut , par exemple pour le nettoyage des
réservoirs d’huile ou l’enlèvement du pétrole à partir de sable contaminées (Ivshina et al.,
1998).
IV Synthèse
industrielle et transformations
Les espèces Rhodococcus
ont été définies pour produire un certain nombre de produits commercialement
intéressants et potentiellement utiles .Rhodococcus rhodochrous utilisé par l’industrie de la chimie
Nitto Company Ltd (Japon) pour produire plus de 30000 tonnes d’acrylamide par
ans (Yamada
et Kobayayshi et al., 1996). C’est premier exemple de production
industrielle réussie d’un produit chimique de base en utilisant un microbe .Une
nutrilase surproduction est utilisée .Les recherches ont continué dans
l’application de nutrilase (surtout à
partir de Rhodococcus ) pour produire une gamme d’autres produits tels
que l’acide acrylique et divers amides .Y compris les vitamines
nicotinamide , acide paminobenzoique et les antimycobacteriens hydrazides
de l’acide isonicotinique et pyrazinamide (Kobayashi et Shimizu et al.,
1994 ; Yamada et Kobayashi et al., 1996). Ces conversions
montrent des rendements élevés et une forte spécificité avec un potentiel
considérable pour une application industriel. Les nutrilases dans R
rhodochrous J1 sont génétiquement couplés aves des amidase qui pourraient
être utilisé d’autre transformations (Kobayashi et al., 1993) des gènes
nutrilases spécifique au genre Rhodococcus ont été clone et exprimés
dans E.coli (Kobayashi et al , 1993). Des
sondes génétiques ont été développées pour dépister les gènes nutrilase dans
autre souches (Duran et al., 1993).
V Le rôle
des biosurfactants dans la biodégradation des hydrocarbures
Il existe une
relation claire entre l’activité d’émulsification , l’adhérence des
cellules à l’hydrocarbure et le taux de croissance des isolats sur le pétrole
brute (Mehdi
et al., 2008) .Une étude très récente sur les bactéries ( Pseudomonas
SP) capable de dégrader le
n-héxadecale en produisant des biosurfactants et fait par Cameotra et
ces collaborateurs (2009) pour élucider ce mécanisme .En présence de
n-héxadecane dans le milieu de culture , les bactéries sécrètent des
substance qui forment un réseau de projections extra cellulaire reliant les
cellules les unes aux autres .Ce réseau est supposé être en complexe de
biosurfactants et d’alcanes qui forme un site d’ancrage des cellules et un
moyenne de transport d’ hydrocarbures à leur surface cellulaire le
biosurfactant disperse l’héxadesécane en petites gouttelettes , et forme
une couche autours de chacune ,Augmentant ainsi ça disponibilité aux organismes
dégradants.
VI Biosurfactants des Rhodococcus
Le genre Rhodococcus
synthétise des glycolipides (surtout tréhalolipide ) .C’est un
biosurfactant avec diverses propriétés physico-chimiques et des activités
biologiques comparables avec d’autre tensioactifs microbiens ,et détermine
leurs applications potentilles dans les biotechnologies industrielles et
environnementales .
La seul limitation
pour la réussite de la pénétration de biosulfactant sur le marché de la
biotechnologie est leur cout de production élevé ,y compris la fermentation
bactérienne et les dépenses récupération du produit.la production de
biotensioactif partir de ressources renouvelables est une option attrayante
actuellement inexploitée pour les tensioactif de Rhodococcus .Cependant
plusieurs études récentes ont montre que les Rhodococcus sont capable de
croitre sur les huiles végétales formant des émulsions stable en raison de la
production de surfactant intensive (Haba et al., 2000 ;Sadouk et al.,
2008) .Il convient de noter que le développement dune biotechnologie
rentable pour la production biosurfactant exige des recherches plus
fondamentales sur les vois métaboliques impliqués dans la synthés des
glycolipides a partir des différents substrats hydrophobes et sur les
mécanismes de régulation permettant une surproduction de surfactant .Cette recherche
consisterait a utilisée outils de la biologie moléculaire actuellement
disponible pour Rhodococcus et développé sur la base de séquences
génomique complètes déterminé pour plusieurs espèces.
Un autre axe de recherche
comprend la modélisation des conditions de croissance de cellules (par exemple
,des composants de milieu organique autre facteur physiques inducteurs
chimiques minéraux et la température, ph ) pour obtenir des biosurfactants avec
des propriétés fonctionnelles cibles ainsi dans nos expérience un rendement de
biosurfactant élevé a été enregistré pour les cellules R ruber cultivés
sur hexadécane meme si l’activité est supérieure
émulsification a été enregistré pour la biosurfactant produites en utilisant dodécane comme un substrat de
croissance (Kuyukina et al., 2005).
VII Dégradation des
polluants par voix enzymatique
La dégradation des composés organiques
par les microorganismes aérobies débute généralement par une ou plusieurs
étapes d’oxydation. Parmi ces réactions d’oxydation, les réactions
d’oxygénation tiennent une place importante et constituent souvent les étapes
initiales d’un processus de biodégradation. Ces réactions consistent à
introduire sur le composé cible un ou deux atomes d’oxygène provenant de l’
O2 de l’air après rupture de la liaison O=O. Les enzymes qui
catalysent ces réactions sont appelées oxygénases.
1
Généralités sur les
oxygénases
Les oxygénases sont des enzymes qui
utilisent le dioxygène de l’air, un co-facteur et un métal de transition. Elles ont été découvertes en 1955 par les
équipes d’Hayaishi et de Mason.
Chez
les micro-organismes, ces enzymes interviennent très largement dans les voies
métaboliques. Elles initient la dégradation des composés aromatiques à la fois
en hydroxylant le cycle aromatique et en catalysant la réaction de clivage du
cycle , elles catalysent également la réaction initiale de dégradation des alcanes.
Il y a deux familles d’oxygénases : les mono-oxygénases et les dioxygénases.
Les réactions qu’elles catalysent se résument
ainsi
Mono-oxygénases
(RH:substrat hydrophobe)
Dioxygénases
1.1 Les mono-oxygénases
Les mono-oxygénases présentes chez les
bactéries sont principalement des mono-oxygénases héminiques et des
mono-oxygénases flaviniques, ces dernières ne faisant pas intervenir le fer.
Les
mono-oxygénases héminiques comptent une famille importante de composés, les
cytochromes P-450 dont la particularité est de faire intervenir 2 protons et 2
électrons. C’est d’ailleurs la nature de ces protons et de ces électrons qui a
permis la classification en sous-familles de ces cytochromes P-450. Roberts et
al. ont montré en 2002 qu’ils pouvaient se répartir en quatre.
1.2
Les di-oxygénases
Les dioxygénases ont un rôle important
dans l’initiation de la biodégradation d’un grand nombre de composés
aromatiques chlorés et azotés. Elles catalysent la réaction d’incorporation des
deux atomes d’oxygène d’une même molécule de dioxygène de l’air sur un
substrat. Selon le type de réaction qu’elles catalysent, ces enzymes peuvent se
classer en deux catégories (Bertini et al., 1996) . Les enzymes de type
I qui ont besoin du cofacteur NAD(P)H et qui hydroxylent les substrats
aromatiques, et les enzymes de type II qui n’ont pas besoin de cofacteur et qui
clivent les noyaux aromatiques.
Figure
: La dihydroxylation du substrat par dioxygénases hydroxylantes (Kuony, 2005)
VIII Applications
diverses des Rhodococcus
·
Des
suggestions ont été faites pour l’utilisation des Rhodococcus dans
l’industrie alimentaire en plus de son cholestérol oxydases R fascians a
été utilisée pour sa capacité à dégrader la limonène un composé au gout amer
trouver dans les jus de fruits.
·
La
possibilité d’améliorer la saveur de jus de fruit amer en utilisant R
fascians dans des bioréacteurs a été étudiée (Iborra et al., 1994. Marwaha
et al., 1994).
·
La
forte coloration de nombreuses colonies de Rhodococcus a conduite à
s’intéresser aux pigments.
Un
genre de pigment petite Rhodococcus a été exprimé dans E coli et
il a été proposé que le gène pourrait être utilisé un gène rapporteur permettre
une identification rapide des colonies de bactéries transformées (Hart et al.,
1990). 
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