Impact of the biotic factors upon the metabolic pathways of hydrogen producing ecosystems using fermentative mixed culture
Impact des facteurs biotiques sur le réseau métabolique des écosystèmes producteurs d’hydrogène par voie fermentaire en culture mixte
Résumé
Nowadays, mixed cultures are considered as a serious alternative to pure cultures for biotechnology processes. Indeed, mixed cultures can be efficient under non-sterile conditions, and can use a wide variety of organic compounds as substrate. Their main limitation is instability due to the presence of unwanted metabolic pathways resulting from complex microbial interactions. In particular, the role of bacteria in low abundance remains to be elucidated. This work has therefore consisted to determine the role of minority bacteria in the hydrogen production using fermentative. Seven inocula have been grown in a continuous way in the same operating conditions. Six times on seven, the same bacterium was found to be the dominant species of the ecosystem, despite differences in the hydrogen production. Considering the seven ecosystems obtains, only the nature and the diversity of the low abundance species differed, showing that the bacteria in low abundance play a key role by guiding the overall ecosystem metabolism. In a second step, this work consisted in using some of these minority species as ecological engineers of microbial ecosystem. In order to study this aspect, a hydrogen-producing microbial community has been artificially modified by adding exogenous bacterial strains with redundant functions and/or complementary native strains. Results in batch reactors have shown that the hydrogen production performances could be improved by the addition of certain strains. Results obtained cannot be explained by simple trophic interactions and suggest the presence of interaction mechanism of cooperation among microorganisms. Moreover, under more favorable operating conditions; the addition of certain species in low abundance could stabilize the metabolism of microbial ecosystem without affecting the hydrogen production. In all cases, competitive interactions were not favorable for hydrogen production. Trials were then realized in continuous reactors. These trials have shown that the method used to implant strains in reactors could be a key factor for using the ecological engineers.
Les cultures mixtes sont aujourd’hui considérées comme une sérieuse alternative aux cultures pures dans le cadre des biotechnologies du fait leur capacité à traiter une large variété de substrats organiques et ce en conditions non stériles. La principale restriction à leur utilisation réside toutefois dans une instabilité du procédé liée à la présence de voies métaboliques non désirées résultant d’interactions microbiennes complexes. Notamment, le rôle des bactéries de faible abondance dans les écosystèmes reste à être élucidé. Ce travail a donc consisté à déterminer le rôle des bactéries minoritaires dans la production d’hydrogène par voie fermentaire. Dans un premier temps, sept inocula ont été cultivés en réacteurs continus, dans les mêmes conditions opératoires. La même espèce dominante a été observée six fois sur sept mais les performances de production d’hydrogène différaient. Seules la nature et la diversité des espèces minoritaires variaient d’un écosystème à l’autre prouvant ainsi que les bactéries en proportion minoritaires jouent un rôle clé en orientant le métabolisme global de l’écosystème. Dans un second temps, certaines de ces espèces minoritaires ont été utilisées comme perturbateurs biotiques. Pour cela, un écosystème producteur d’hydrogène a été modifié artificiellement en introduisant des souches bactériennes exogènes aux fonctions redondantes et/ou complémentaires des souches indigènes. Les résultats en réacteur batch ont montré que les performances de production d’hydrogène pouvaient ainsi être améliorées. Globalement, les résultats obtenus ne peuvent être expliqués par de simples interactions trophiques et suggèrent la présence de mécanismes d’interactions de coopération entre microorganismes. De plus, sous des conditions opératoires plus favorables, l’insertion de certaines espèces minoritaires a permis de stabiliser l’écosystème microbien, sans pour autant en affecter la production d’hydrogène. Dans tous les cas, les interactions compétitives n'ont pas été favorables à la production d'hydrogène. Enfin, des essais en réacteur continu ont montré que le mode d’implantation des souches peut être un facteur primordial.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)