La fermentation est un processus naturel connu et utilisé depuis des millénaires. Mais pourquoi parlons-nous alors de fermentation de précision ? Qu’a-t-elle de plus (ou de moins) que la fermentation classique qui nous sert à fabriquer du fromage ou du vin ?
Dans cet article, nous vous disons tout sur cette technologie avancée qui permet de produire à grande échelle des composés bien spécifiques. Nous vous expliquons également comment BGene intègre la fermentation de précision à ses processus de fabrication de molécules d’intérêt pour l’industrie cosmétique.
Qu’est-ce que la fermentation ?
Avant d’expliquer ce qu’est la fermentation de précision, il nous semble important de parler de son ancêtre, la fermentation classique. Cette dernière est vieille comme le monde (ou presque). L’humain l’utilisait déjà il y a 8000 ans pour transformer et conserver sa nourriture, puis pour fabriquer de la bière, du vin, du fromage, des yaourts ou encore du pain. La fermentation alimentaire est d’ailleurs encore largement utilisée de par le monde, pour préparer des produits comme le vinaigre, la choucroute, le kombucha, etc.
C’est à Louis Pasteur que nous devons la découverte des grands principes de la fermentation : en 1857, il prouva le rôle de déclencheurs des micro-organismes (ou ferments) tels que les levures, les bactéries et les moisissures.
Par la suite, la fermentation sortit du domaine alimentaire et permit des avancées médicales et techniques très importantes. Aujourd’hui, les différentes sortes de fermentation sont utilisées en agriculture, en chimie, dans les secteurs de la santé et de l’environnement, et bien sûr par les industries cosmétiques.
Principe de la fermentation de précision.
Le principe de la fermentation est simple. Dans la nature ou en laboratoire, un micro-organisme, comme tout être vivant, mange pour se développer et augmenter sa population. Il produit de manière annexe des molécules pour s’adapter à son environnement, faire des réserves de nourriture ou se défendre contre d’autres micro-organismes.
Les antibiotiques sont une bonne illustration de ce dernier point.
En 1928, après quelques jours de vacances, le médecin et biologiste Alexander Fleming s’aperçoit que ses cultures de staphylocoques (des micro-organismes pouvant être très dangereux pour l’humain) ont été contaminées par le champignon microscopique Penicillium notatum, étudié dans un laboratoire voisin. Avant de jeter ses cultures devenues inutiles, Fleming prend le temps de les observer de près. Il remarque que les staphylocoques ne se développent pas à côté du champignon. Cette observation le conduit à formuler l’hypothèse selon laquelle le champignon, pour se protéger, produit une substance qui inhibe la croissance de la bactérie. Il nomme cette substance « pénicilline ». Dans ce cas précis, si le champignon se multiplie et crée donc plus de matière, la molécule annexe d’intérêt est la pénicilline. Un co-produit qui aura alors une valeur ajoutée bien plus importante que celle du micro-organisme dont il est issu.
La fermentation de précision dans l’industrie.
La fermentation de précision s’attache donc à favoriser la production de ces molécules annexes, car elles sont intéressantes pour certains marchés humains.
Cependant, la production à grande échelle de molécules d’intérêt ne peut pas suivre les mêmes procédés que ceux utilisés par Fleming il y a un siècle. En effet, même si les médecins de l’époque comprirent rapidement comment cultiver les microorganismes responsables de la production de pénicilline en laboratoire, la fabriquer en quantité suffisante pour répondre aux besoins de la population nécessita d’adapter le matériel et les techniques de culture.
C’est d’ailleurs ce passage à l’échelle de la production d’antibiotiques qui est considéré comme l’acte de naissance des biotechnologies modernes.
Aujourd’hui, utiliser la fermentation de précision comme mode de production implique de :
- Comprendre le mode de vie des micro-organismes, leurs besoins, leurs zones de confort ou de stress, c’est-à-dire les environnements où ils se développent bien et ceux où ils sont fortement perturbés). Il s’agira ensuite de créer les meilleurs environnements de culture afin que les micro-organismes donnent le meilleur de leurs capacités.
- Identifier ce que ces micro-organismes sont capables de produire, à quelle vitesse, dans quelles quantités.
- Orienter les compétences des micro-organismes en travaillant sur la qualité et la quantité de nutriments apportés (la nourriture qu’ils vont consommer) et faire en sorte qu’ils acceptent certaines conditions environnementales de culture (température, pH, taux d’oxygénation, etc.).
Cela permet d’augmenter la quantité de biomasse (nombre de cellules de micro-organismes) et donc d’accélérer les processus biologiques à l’œuvre lors de la fermentation. L’objectif est de rendre le procédé viable économiquement et industriellement, pour répondre aux besoins du marché en molécules d’intérêt visées.
Chez BGene, nous concentrons notre savoir-faire sur la fabrication de molécules odorantes pouvant entrer dans la composition de parfums, de savons, de shampooing, de bougies ou de produits cosmétiques. Nous proposons ainsi une alternative aux composés issus de la pétrochimie tout en économisant les ressources naturelles de la planète.
La méthode BGene.
Dans les laboratoires de BGene, pour aboutir à la fermentation de précision, nous créons une synergie entre les compétences de nos chercheurs·euses et biologistes en biotechnologies et en bio-informatique et le potentiel des micro-organismes capables de produire les molécules d’intérêt.
Nous avons la volonté d’écoconcevoir nos procédés de fabrication en agissant sur le fonctionnement naturel des micro-organismes sans les dénaturer.
La fermentation de précision se déroule dans des cuves en verre ou en inox instrumentées pour mesurer et contrôler toutes les variables de l’environnement de culture (pH, température, oxygène). Nous utilisons des équipements de mesure externe pour suivre la consommation des substrats en entrée (sucres issus de copeaux de bois français) et la production finale des molécules d’intérêt comme celles des molécules moins utiles pour l’humain.
Nous contrôlons et optimisons toutes les étapes du cycle de production. En effet, lors de la fermentation de précision, il y a toujours un équilibre entre production de biomasse (les micro-organismes se reproduisent et leur population augmente) et de molécules annexes (celles qui ont de la valeur pour nous, comme les parfums). Nous cherchons à déplacer cet équilibre vers la production de molécules d’intérêt, pour un meilleur rendement, mais aussi pour limiter la quantité de produits non désirés qu’il faudra éliminer ou recycler à un moment ou à un autre du processus de purification.