Comment est obtenue l'ectoïne ?

L'ectoïne, connue chimiquement sous le nom d'acide 1,4,5,6-tétrahydro-2-méthyl-4-pyrimidinecarboxylique, est un acide aminé dérivé de l'aspartate. Elle est synthétisée par les bactéries halophiles qui vivent dans des milieux riches en sel, via la biosynthèse des acides aminés de la famille des aspartates avec les réactions enzymatiques de trois enzymes principales : la L-2,4-diaminobutyrate transaminase, la L-2,4-diaminobutyrate acétyltransférase et l'ectoïne synthase. Un environnement très salé déclenche souvent l'expression de ces enzymes synthétisant l'ectoïne.

Mode de production industrielle d'ectoïne.

Les bactéries synthétisant l'ectoïne les plus couramment utilisées comme producteurs industriels appartiennent à la famille des Halomonas, comme Halomonas salina, Halomonas boliviensis et Halomonas elongata. Les diverses applications de l'ectoïne dans différentes industries ont incité à développer sa production à grande échelle pour répondre à la demande croissante du marché.

Production intracellulaire d'ectoïne.

Les industries utilisent en général la "traite bactérienne" par fermentation microbienne. Un milieu à forte teneur en sel avec une supplémentation en carbone et en azote est utilisé pour stimuler la biosynthèse de l'ectoïne. Les cellules bactériennes sont ensuite choquées par un milieu à faible teneur en sel pour libérer l'ectoïne synthétisée dans le milieu.

Cependant, cette technique donne généralement de faibles rendements et nécessite plusieurs étapes de processus en aval pour la purification de l'ectoïne afin d'obtenir des rendements élevés acceptables. De plus, un point négatif de l'utilisation régulière d'une concentration élevée de sel est la corrosivité de la haute salinité pour les matériaux et les équipements, ce qui réduit par la suite la croissance des cellules microbiennes et les rendements de production globaux de l'ectoïne.

Production extracellulaire d'ectoïne.

Certaines souches, comme Halomonas salina, peuvent synthétiser de l'ectoïne extracellulaire avec une faible concentration de sel. Les cellules en croissance sont cultivées dans un milieu de fermentation contenant du glutamate comme source principale de carbone et d'azote. Lorsqu'elles ont atteint la phase de croissance exponentielle tardive, on utilise des cellules en croissance limitée par le phosphate pour la production d'ectoïne.

De plus, des producteurs hétérologues d'ectoïne, soit des espèces différentes de celles produisant la molécule naturelle, ont été développés en incorporant le gène de synthèse de l'ectoïne dans des microorganismes non-halophiles, comme Escherichia coli. L'ectoïne peut être synthétisée et sécrétée extracellulairement par les producteurs hétérologues. Cette "recombinaison" est pertinente, car ils n'ont pas besoin non plus d'une salinité élevée.

La récupération de l'ectoïne extracellulaire du milieu de fermentation est relativement simple par rapport à la récupération de l'ectoïne intracellulaire des cellules microbiennes, car elle est directement excrétée sans avoir besoin de réaliser un choc cellulaire. Le coût de production de l'ectoïne extracellulaire à l'échelle industrielle peut être réduit grâce à l'utilisation minimale de sel et à l'élimination des étapes supplémentaires pour extraire l'ectoïne intracellulaire des cellules microbiennes.

Cependant, on ne connaît à ce jour qu'un nombre limité de souches bactériennes sécrétant de l'ectoïne de manière extracellulaire.