Les goulets d'étranglement de la productivité industrielle
L'industrie de la biotechnologie fabrique des enzymes pour un très grand nombre d'applications, qui vont de la production alimentaire aux médicaments. Cependant, les fermentations à l'échelle industrielle imposent certaines limites à l'exploitation commerciale de la biotechnologie et nécessitent d'améliorer le rendement de la production. Le projet ATRIEM (Advanced training in industrial enzyme manufacturing), financé par l'UE, s'est intéressé à deux goulets d'étranglement impactant la fermentation industrielle, à savoir l'hétérogénéité cellulaire et la sécrétion d'enzymes hétérologues. Parallèlement, il a dispensé à des chercheurs en début de carrière une formation de haute qualité sur les techniques de microbiologie moléculaire et cellulaire, ainsi qu'une expérience pertinente dans un environnement industriel. Pour étudier comment les cellules individuelles répondent à une importante production d'enzymes, les chercheurs ont construit des systèmes promoteurs-rapporteurs fluorescents, qui répondaient à diverses voies physiologiques et de différentiation. Lorsqu'ils ont été placés dans la fermentation de deux enzymes industrielles modèles, ces systèmes ont permis aux scientifiques de suivre l'expression génique. Ils ont observé que l'expression d'enzyme hétérologue produisait un goulet d'étranglement dans la production, à la fois aux niveaux de la population et de la cellule isolée, indiquant clairement un stress de sécrétion. L'impact du stress de sécrétion sur la productivité a été quantifié en détail et les résultats ont montré que les enzymes hétérologues, et non les enzymes natives, en étaient responsables. Ces données ont mis en évidence l'importance de la coévolution d'une enzyme native et de son hôte naturel, et ont fait ressortir de nouvelles stratégies pour améliorer la productivité. Les scientifiques ont d'autre part découvert que l'emplacement chromosomique de la cassette d'expression de l'enzyme était directement en rapport avec l'efficacité de la production. Globalement, les activités d'ATRIEM ont apporté à l'industrie des informations importantes sur les goulets d'étranglement de la production. Le fait de tirer parti de ces connaissances pourrait déboucher sur de nouvelles stratégies pour améliorer la productivité du secteur des biotechnologies.
Mots‑clés
Industrie de la biotechnologie, ATRIEM, hétérogénéité cellulaire, enzymes hétérologues, emplacement chromosomique
