Physical limitations induced by a medium based on wheat bran for the production of biopesticides by Bacillus thuringiensis spp kurstaki

Limitations physiques induites par un milieu à base de son de blé pour la production de biopesticides par Bacillus thuringiensis subsp kurstaki

¹ Faculté des Sciences, Université Saint-Joseph de Beyrouth, Liban
² Toulouse Biotechnology Institute-Bio & Chemical Engineering, CNRS, INRAE, INSA Toulouse, France
³ Toulouse White Biotechnology, INRAE, CNRS, INSA Toulouse, France

Abstract

Biopesticides, vectors for the development of the bioeconomy, represent a realistic alternative to petroleum-based chemical pesticides and their known harmfulness to humans and the environment. Bacillus thuringiensis is a gram-positive, spore-forming bacterium used for the production of biocontrol agents in agriculture. This insecticidal activity is mainly due to the production of parasporal δ-endotoxins consisting of an assembly of crystalline proteins called Cry. The European project IPM-4-Citrus (MSCA RISE, No. 734921, 2017-2023) aims to optimise these bioproductions from 3 strains of Bacillus thuringiensis subsp kurstaki (Lip, BLB1 and HD1) in a complex medium (wheat bran). The biochemical composition and nutritional limitations induced by the medium were identified. The physical properties of these heterogeneous suspensions are necessary for the definition of operating conditions favourable to scale-up. In this study, the morpho-granulometry of substrates, the ability to separate solid-liquid suspension and to clarify fermentation broth, and their rheological behaviour were studied as a function of substrate concentration and granulometry.

Résumé

Les biopesticides, vecteurs de développement de la bioéconomie, représentent une alternative réaliste aux pesticides chimiques pétro-sourcés et leur méfaits connus (nocivité pour l’Homme et l’Environnement). Bacillus thuringiensis est une bactérie gram positive, sporulante utilisée pour la production d’agent de biocontrôle en agriculture. Cette activité insecticide est principalement due à la production de δ-endotoxines parasporales constituées par un assemblage de protéines cristallines appelées Cry. Le projet européen IPM-4-Citrus (MSCA RISE, n° 734921, 2017-2023) vise à optimiser ces bioproductions à partir de 3 souches de Bacillus thuringiensis subsp kurstaki (Lip, BLB1 et HD1) dans un milieu complexe (son de blé). La composition biochimique et les limitations nutritionnelles induites par le milieu ont été identifiées. Les propriétés physiques de ces suspensions hétérogènes sont nécessaires à la définition de conditions opératoires favorables à un changement d’échelle. Dans cette étude, la morpho-granulométrie, l’aptitude à la séparation solide-liquide des suspensions biologiques et la rhéométrie ont été étudiées en fonction de la concentration et de la granulométrie du substrat.