Reference : Mise en évidence de l'impact de l'environnement extracellulaire généré au sein des bioré...
Dissertations and theses : Master's dissertation
Life sciences : Biotechnology
http://hdl.handle.net/2268/63987
Mise en évidence de l'impact de l'environnement extracellulaire généré au sein des bioréacteurs sur la dynamique des populations microbiennes: cas de la culture fed-batch d'Escherichia coli
French
Brognaux, Alison mailto [Université de Liège - ULg > Chimie et bio-industries > Bio-industries >]
2-Sep-2008
Gembloux Agro Bio Tech - Université de Liège, ​​Belgique
Bioingénieur en chimie et bio-industries
Thonart, Philippe mailto
Portetelle, Daniel mailto
Delvigne, Frank mailto
Bera, François mailto
Destain, Marie-France mailto
Lognay, Georges mailto
[fr] bioréacteur ; modèle stochastique ; Escherichia coli BL21
[en] scale-down
[fr] Escherichia coli BL21 est un micro-organisme couramment utilisé en industrie pour la production de protéines recombinantes. Les performances obtenues au niveau du laboratoire ne sont pas reproductibles à grande échelle. En effet, l’opération de mélange n’est plus aussi efficace : lors des cultures fed-batch, des gradients de glucose et d’oxygène apparaissent. Les effets de ces gradients ont pu être étudiés en utilisant des réacteurs scale-down. Ils permettent de représenter les conditions hydrodynamiques des réacteurs industriels. Le système choisi comprend un réacteur parfaitement mélangé et une section non agitée, entre lesquels le débit de recirculation est maintenu constant. Deux types de parties non agitées ont été utilisés pour provoquer des conditions hydrodynamiques différentes : l’une présente un écoulement dispersé tandis que l’autre présente un écoulement piston. La régulation de l’ajout du glucose a été effectuée en fonction du taux en oxygène dissous. Les paramètres suivis sont l’évolution des concentrations en biomasse, en glucose et en acétate, la viabilité cellulaire et la production d’une protéine recombinante. D’autres paramètres sont calculés afin de rendre compte de la dynamique fed-batch du processus. Il a ainsi été montré qu’il est possible d’étudier, grâce à un calcul basé sur l’enregistrement du taux en oxygène dissous, le manque en glucose. Celui-ci s’est d’ailleurs révélé déterminant sur la dynamique fed-batch du système. Par ailleurs, les effets du seul excès de glucose ont été étudiés sur Escherichia coli BL21. Ceux-ci sont une réduction du taux maximal de croissance et un endommagement cellulaire. Une régulation par équation de l’ajout de la solution fed-batch est aussi proposée. Elle permet de réduire les gradients de glucose dans la partie non agitée du système. Dans la seconde partie de ce travail, une modélisation des gradients de glucose présents dans les différents types de réacteurs est exposée et mise en relation avec les données expérimentales.
[en] Escherichia coli BL21 is a microorganism widely used in the industry for the production of recombinant proteins. The performances obtained at the laboratory level are not reproducible at a large scale. Actually, the mixing operation is not efficient enough: gradients of glucose and oxygen appear when operating in fed-batch mode. The effects of these gradients could be studied by using scale-down reactors. They make it possible to show the hydrodynamic conditions of industrial reactors. The chosen system is composed of a perfectly mixed part linked to a non-mixed one with a constant flow. Two kinds of non-mixed parts were used to induce different hydrodynamic conditions: one has a dispersed flow and the other a piston flow. The addition of the glucose is made according to the dissolved oxygen. The observed parameters are the evolution of biomass concentrations, glucose and acetate, cell viability and the production of a recombinant protein. Other parameters are calculated on the base of the fed-batch dynamics of the process. It has been proved that is possible to study the carbon starvation thanks to the recording of the dissolved oxygen. It has been decisive for the dynamic of the system. The behaviour of Escherichia coli BL21 is compared with the one of Escherichia coli K12. The acetate produced because of the excess of glucose in the non-mixed part of the system has a bigger influence on the dynamic. Moreover, the consequences of the excess of glucose have been studied on Escherichia coliBL21. These are a reduction of the maximal rate of growth and a cell damaging. A fed-batch control with equation is also proposed It permit to reduce the gradients of glucose in the non-mixed part of the system. In the second part of this work, a modelling procedure of the gradients of glucose in the reactor is developed and compared with the experimental results.
Centre Wallon de Biologie Industrielle
Researchers ; Professionals ; Students
http://hdl.handle.net/2268/63987

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