Milieu de fermentation biostimulant : comment les polysaccharides d’algues vertes améliorent les produits microbiens agricoles

Dans notre précédent article, nous avons introduit le concept de « milieu de fermentation biostimulant », qui élargit la conception traditionnelle des milieux de fermentation : il ne s’agit plus seulement d’apporter les nutriments nécessaires à la croissance microbienne, mais aussi d’influencer l’état physiologique et les performances fonctionnelles des microorganismes.

Dans cet article, nous prenons les polysaccharides d’algues vertes comme exemple afin de présenter nos premiers résultats concernant leur application dans les produits microbiens agricoles.

La qualité d’un produit ne dépend pas uniquement du nombre de cellules viables

Dans le développement des produits microbiens, le nombre de cellules viables à la fin de la fermentation a traditionnellement été l’un des principaux indicateurs d’évaluation.

Cependant, les microorganismes contenus dans les produits commerciaux ne passent pas directement du fermenteur au champ. Avant d’être utilisés par les agriculteurs, ils peuvent être soumis à différentes étapes de transformation, de stockage, de transport et de distribution.

Lors de la conception d’un milieu de fermentation biostimulant, il est donc important de prendre en compte non seulement la quantité de biomasse produite pendant la fermentation, mais également la capacité des cellules à résister aux stress rencontrés au cours des étapes suivantes.

Dans nos études sur des inoculants liquides à base de Bacillus subtilis, nous avons constaté que l’ajout de polysaccharides d’algues vertes au système de culture améliorait la survie bactérienne après 7 jours de stockage à 40 °C.

Avec un taux d’ajout de 2 ‰, le taux de survie a augmenté de 7,5 %, tandis qu’à 3 ‰, l’augmentation a atteint 13 %.

Souche testée : Bacillus subtilis
Méthode d’essai : les polysaccharides d’algues vertes ont été ajoutés à la suspension bactérienne à des concentrations de 2 ‰ et 3 ‰. Le nombre de cellules viables a été comparé après 7 jours de stockage à 40 °C.

Les polysaccharides d’algues vertes peuvent également contribuer à la protection lors du séchage par atomisation

Pour les produits microbiens sous forme de poudre, les températures élevées et la déshydratation rapide lors du séchage par atomisation peuvent provoquer des dommages importants aux cellules bactériennes. Il est donc courant dans l’industrie d’utiliser des agents protecteurs au cours de cette étape.

Cette observation nous a conduits à poser une autre question :

Les polysaccharides d’algues vertes peuvent-ils contribuer à protéger les cellules bactériennes pendant le séchage par atomisation et améliorer leur survie ?

Pour étudier cette possibilité, Seawin Biotech a réalisé un essai sur l’utilisation de polysaccharides d’algues vertes lors du séchage par atomisation de Bacillus subtilis.

Souche testée : Bacillus subtilis
Méthode d’essai : les polysaccharides d’algues vertes ont été ajoutés au bouillon de fermentation à des concentrations de 2 ‰ et 3 ‰. Le nombre de cellules viables dans la poudre obtenue a ensuite été comparé après séchage par atomisation.

Avec l’ajout de 3 ‰ de polysaccharides d’algues vertes, la survie bactérienne après séchage par atomisation a augmenté de 26,8 %.

Les résultats montrent également que l’effet dépendait de la dose. À 2 ‰, la différence par rapport au témoin était limitée. À 3 ‰, en revanche, le nombre de cellules viables dans la poudre est passé de 875 × 10⁸ UFC/g à 1 110 × 10⁸ UFC/g, soit une amélioration de 26,8 % par rapport au témoin.

Ces résultats suggèrent qu’en plus de soutenir la croissance bactérienne, les polysaccharides d’algues vertes pourraient aider les cellules à mieux résister aux stress environnementaux rencontrés lors du stockage et de la transformation, contribuant ainsi potentiellement à une meilleure stabilité du produit.

Le dosage approprié doit toutefois être déterminé au cas par cas, car les résultats peuvent varier selon la souche microbienne, les conditions de culture et les procédés de transformation en aval.

Du maintien de la survie cellulaire aux performances fonctionnelles des microorganismes

Les deux premiers essais portaient principalement sur la protection et la survie des cellules. Au fur et à mesure de nos recherches, nous avons cependant observé des effets qui semblaient aller au-delà de la simple survie microbienne.

Dans le système de culture de Bacillus subtilis, l’ajout de polysaccharides d’algues vertes a amélioré la capacité de formation de biofilm.

Left: water control; Center: cultured with green algae polysaccharides;Right: conventional culture

La formation de biofilm a été observée aussi bien dans la culture conventionnelle que dans le traitement supplémenté en polysaccharides d’algues vertes. Une coloration plus intense dans le traitement avec polysaccharides indiquait une capacité accrue de formation de biofilm, ce qui pourrait favoriser la colonisation bactérienne à la surface des racines et dans la rhizosphère.

Nous avons également observé un effet inhibiteur plus marqué du bouillon de fermentation contre les agents responsables de la fusariose de la fraise et de la fusariose du gingembre.

Ces observations ont soulevé une nouvelle question : le milieu de fermentation peut-il influencer non seulement la survie des microorganismes, mais également leurs caractéristiques fonctionnelles ?

Les polysaccharides d’algues vertes peuvent influencer la production de métabolites microbiens

Des tendances similaires ont été observées dans nos études sur les métabolites favorisant la croissance des plantes.

En utilisant Bacillus subtilis et Bacillus amyloliquefaciens comme souches testées, nous avons constaté que l’ajout de polysaccharides d’algues vertes augmentait la production d’acide indole-3-acétique (AIA) d’environ 120 % pour les deux souches, par rapport au système de culture conventionnel.

Lorsque les bouillons de fermentation correspondants ont été appliqués sur des plants de poivron, la hauteur des plantes et leur poids frais étaient tous deux supérieurs à ceux des groupes témoins.

Méthode d’essai : les polysaccharides d’algues vertes ont été ajoutés au milieu de fermentation à 2 ‰. Les plants de poivron ont été traités par arrosage au niveau des racines avec des bouillons de fermentation produits avec ou sans polysaccharides d’algues vertes. La production d’AIA dans les bouillons de fermentation a également été mesurée et comparée.

 Growth-promoting effect of Bacillus subtilis on pepper seedlings

Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides

Growth-promoting effect of Bacillus amyloliquefaciens on pepper seedlings

Left: water control; Center: conventional fermentation broth; Right: fermentation broth with green algae polysaccharides

Ces résultats suggèrent que l’influence des polysaccharides d’algues vertes sur les produits microbiens agricoles pourrait ne pas se limiter à une seule étape de production. Leurs effets potentiels peuvent s’exprimer tout au long du cycle de vie du produit, de la fermentation à la transformation et au stockage, jusqu’aux performances fonctionnelles des microorganismes après application.

Repenser la conception des milieux de fermentation pour les produits microbiens agricoles

Ces premiers résultats renforcent l’intérêt pratique du concept de « milieu de fermentation biostimulant ».

Traditionnellement, les milieux de fermentation sont principalement conçus pour fournir aux microorganismes les nutriments nécessaires à leur croissance. Cependant, pour les produits microbiens agricoles commerciaux, une biomasse microbienne élevée ne signifie pas nécessairement une meilleure performance du produit.

Une évaluation plus complète devrait également prendre en compte la capacité des microorganismes à :

• survivre aux étapes de transformation et de stockage ;

• résister aux stress environnementaux ;

• maintenir ou améliorer leurs caractéristiques fonctionnelles ;

• coloniser les racines et la rhizosphère ;

• produire des métabolites bénéfiques après la fermentation.

La conception des milieux de fermentation pourrait ainsi évoluer : au lieu de simplement favoriser la croissance microbienne, elle pourrait également contribuer à orienter les performances fonctionnelles globales du produit final.

Si les produits microbiens agricoles dépendent principalement de la capacité des microorganismes à survivre, coloniser et exercer leur fonction, les systèmes microbiens destinés à la production de métabolites soulèvent une question différente : comment orienter le métabolisme microbien vers la production ciblée recherchée ?

Dans notre prochain article, nous présenterons nos résultats concernant l’application des polysaccharides d’algues vertes dans les systèmes microbiens destinés à la production de métabolites et nous explorerons plus largement le potentiel du milieu de fermentation biostimulant dans la bioproduction industrielle.