Caractérisation et production de biosurfactants de Bacillus thuringiensis – Bt-Surf

Les kurstakines sont des lipopeptides produits par des bactéries du groupe B. cereus. Elles sont constituées d’un heptapeptide cyclisé par un acide gras ß-hydroxylé. Elles sont produites en faibles quantités et associées à la paroi des bactéries. Par des approches moléculaire et physiologique, le projet Bt-Surf a mis en évidence un certain nombre de facteurs limitant la synthèse des kurstakines : taux d’expression des gènes codant les synthétases impliquées dans la synthèse de la kurstakine, stabilité des ARN messagers, modifications post-traductionnelles, concurrence avec la synthèse des protéines Cry, excrétion du lipopeptide. Ce travail a permis d’obtenir, pour la première fois, des souches végétatives productrices de kurstakine dans le surnageant de culture. L’ensemble des résultats a fait l’objet d’un brevet déposé le 22/01/2016.
Le potentiel d'exploitation dans le domaine phytosanitaire a été expérimenté sur des champignons phytopathogènes.

La modification génétique d'une souche de B. thuringiensis a permis d'augmenter l'expression des gènes impliqués dans la synthèse de kurstakine et d'augmenter son export dans le milieu extracellulaire. Ils ont ainsi permis d’obtenir pour la première fois une souche productrice de kurstakine dans le surnageant de culture. Nos résultats montre que la kurstakine joue un rôle dans la formation des biofilms et est une molécule antifongique active sur des champignons phytopathogènes. Ces résultats intéressent des industriels producteurs de lipopeptides tels que la société Lipofabrik.

L'étude a permis de mieux comprendre les facteurs limitant la synthèse de kurstakine.
Des modifications génétiques ont augmenté la production de kurstakine dans des bactéries déficientes pour la sporulation.
La kurstakine a un rôle dans la formation des biofilms et possède des propriétés antifongiques vis-à-vis de champignons phytopathogènes.
Notre étude permet d'envisager une production à grande échelle de kurstakine et de développer son application phytosanitaire.

Un brevet rapportant les résultats acquis sur la production de la kurstakine et sur ses propriétés antifongiques a été déposé le 22 janvier 2016. Des communications orales ont été faites en congrès et deux publications scientifiques en lien avec le projet Bt-Surf sont soumises pour publication.

Les surfactants sont des composés amphiphiliques qui réduisent la tension superficielle de l'eau. Ils sont utilisés, parmi d'autres applications, comme détergents, émulsifiants, agents anti-moussants, et agent de dispersion. La plupart des tensioactifs utilisés actuellement sont produits par synthèse chimique. Toutefois, l'intérêt pour les biosurfactants d'origine microbienne a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie. Ces surfactants sont très diversifiés et rapidement biodégradables. De plus, la réduction des coûts de production par l'utilisation de procédés de fermentation et la diversité de leurs applications potentielles rendent ces molécules très attractives en termes socio-économiques. Parmi les microorganismes qui produisent des biosurfactants, les Bacillus sont les plus connus.
Un domaine de recherche émergent porte sur la caractérisation de nouveaux biosurfactants, en particulier des lipopeptides, pouvant être utilisés comme produits phytosanitaires ou adjuvants pour améliorer l'efficacité des biopesticides. Parmi les lipopeptides connus, les kurstakines produites par Bacillus thuringiensis (Bt) sont particulièrement intéressantes car elles sont parmi les seules à être cationiques. Bt est de loin le biopesticide le plus utilisé au monde en agriculture, dans la protection des forêts et la lutte antivectorielle. Cette bactérie, reconnue pour son innocuité pour l'environnement et les humains, est facile à cultiver en grandes quantités avec un faible coût de production et est pleinement acceptée en agriculture biologique. La capacité des bactéries à se multiplier et sporuler dans le cadavre d'insectes augmente la transmission horizontale du Bt sur la surface foliaire et pourrait être un facteur clé pour la propagation des bactéries et, in fine, pour la réussite du traitement biopesticide. Nous avons récemment montré que des lipopeptides appelés kurstakines sont essentiels pour les propriétés saprophytes de Bt, en permettant aux bactéries de survivre et de sporuler dans le cadavre d'une larve d'insecte infectée. En outre, les résultats montrent que ces lipopeptides sont essentiels pour le "swarming" et la formation de biofilms, deux propriétés de surface associées aux biosurfactants. Ces résultats indiquent que les kurstakines pourraient augmenter la colonisation et la persistance des souches de Bacillus dans la rhizosphère ou la phyllosphère. Deux verrous technologiques limitent actuellement la possibilité de produire et extraire ces molécules à l’échelle industrielle : le faible niveau d’expression des gènes de l’opéron kurstakine et la faible production de lipopeptides qui en découle.
Notre projet vise à caractériser et à surproduire, sur une grande échelle, un lipopeptide de Bt, et à confirmer son intérêt pour améliorer l'efficacité des formulations de biopesticides. De plus, le projet comprend la recherche de nouveaux variants de la kurstakine. Il est divisé en quatre tâches scientifiques assurées par trois équipes aux compétences complémentaires. La sélection d'un variant de la kurstakine, ayant la propriété de biosurfactant la plus efficace et la moins toxique, sera réalisée dans la tâche 1. Un second objectif sera de construire une souche non-sporulante et surproduisant la kurstakine. Cette construction sera basée sur différentes données comprenant des résultats très récents obtenus par l’équipe 1 et concernant la régulation de l'expression de la kurstakine chez Bt. Des variants de la kurstakine seront générés par la modification des conditions de croissance. Une tâche se concentrera sur l'analyse des propriétés des kurstakines et sur leur utilisation comme adjuvant dans la formulation des biopesticides. Enfin, une tâche importante de ce projet sera la détermination d'un bioprocédé approprié pour la production industrielle et la purification de kurstakine. De plus, une tâche concernant la valorisation de cette technologie sera assurée par l'équipe INRA-Transfert.