Le squalène est principalement obtenu à partir d’huile de foie de requin des grands fonds, qui représente 40 à 70 % de la masse du foie. Chaque année, trois à six millions de requins des grands fonds sont tués à cause du squalène en raison de ses bienfaits pour la santé humaine, qui a un impact négatif massif sur les écosystèmes marins.
Pour répondre à cette approche non durable, les sources microbiennes de squalène pourraient fournir une solution crédible au squalène d’origine végétale ou animale, bien que seules quelques bactéries aient été découvertes capables de synthétiser jusqu’à 30 % de squalène à partir de la biomasse sèche en utilisant des voies biochimiques natives. Ces voies de biosynthèse du squalène, d’autre part, peuvent être génétiquement modifiées pour transformer les micro-organismes en « usines cellulaires » surproductrices de squalène.
Arrière-plan:
Le squalène dans les micro-organismes est un facteur clé dans la génération de plusieurs stérols, tels que l’ergostérol. À température ambiante, le squalène est un liquide qui est libéré à travers la peau. C’est un puissant antioxydant naturel qui empêche la peroxydation des lipides, qui protège les cellules des radicaux libres et des espèces réactives de l’oxygène.
Il a également été démontré qu’il supprime la carcinogenèse dans le côlon, les poumons et la peau, ainsi qu’il a des effets chimioprotecteurs et immunostimulants, ce qui a suscité l’intérêt des industries médicales et pharmaceutiques.
Le squalène est le composant le plus répandu dans la peau, avec les acides gras polyinsaturés, et est souvent utilisé dans les produits de soin de la peau pour ses caractéristiques antioxydantes et hydratantes.
Le squalène se trouve à l’état de trace dans la plupart des aliments, à l’exception de quelques espèces végétales. L’huile d’olive a une plus grande concentration de squalène par rapport aux autres cultures, avec 200 à 700 mg / 100 g de biomasse. Les graines d’amarante sont une autre source précieuse de squalène, cependant, seulement 4 à 6% de la biomasse des graines est de l’huile. De plus, avant d’être récoltées, les sources végétales et animales doivent mûrir, ce qui peut prendre de 6 mois à un an. En conséquence, la productivité du squalène d’origine végétale est assez faible.
La biosynthèse du squalène a également été découverte dans les levures et les champignons. Sur une base de poids sec par cellule (CDW), les espèces de levures et de champignons : Saccharomyces cerevisiae:, Torulaspora delbrueckii :, Aspergillus nidulans :et: Saccharomyces uvarum : synthétisent respectivement 1,6, 0,24, 0,3 et 14,3 mg/g de squalène. Les substrats de sucre permettent aux Thraustochytrides d’acquérir du squalène à un taux allant jusqu’à 316,64 mg / g de CDW.
Des recherches antérieures suggèrent que l’optimisation des variables de bioprocédés telles que les milieux et les conditions de culture peut améliorer de manière significative la prolifération cellulaire et la teneur/le rendement en squalène dans les souches de thraustochytrides. De plus, il apparaît que la modification génétique des bactéries est la seule technique pour fabriquer du squalène à grande échelle.
L’étude:
Dans une revue récente publiée dans : Tendances en biotechnologie :une équipe d’auteurs a examiné les approches de génie génétique possibles qui pourraient être utilisées pour adapter les processus métaboliques des levures, des bactéries et des thraustochytrides afin d’optimiser la synthèse du squalène.
La formation de squalène :
Selon le type de microbe, le squalène peut être produit par deux processus distincts. La voie 2-C-méthyl-D-érythritol 4-phosphate (MEP) est utilisée par les bactéries et les cyanobactéries, tandis que le système mévalonate (MVA) est utilisé par les eucaryotes tels que les levures, les champignons, les microalgues, les thraustochytrides, les plantes et les animaux.
La voie MVA est régulée par une série d’enzymes, dont la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA synthase est la première du processus et est nécessaire à la conversion de l’acétyl-CoA en 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA, qui est ensuite réduit en mévalonate par la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-CoA réductase (HMGR).
La phosphorylation du mévalonate se produit alors, aboutissant au mévalonate-5-phosphate, puis la mévalonate kinase le transforme davantage en mévalonate-5-pyrophosphate. Ensuite, le mévalonate-5-pyrophosphate est décarboxylé pour former de l’isopentyl diphosphate (IPP) par l’enzyme IPP synthase, qui isomérise également l’IPP en diméthylallyl diphosphate (DMAPP). La condensation du DMAPP et de l’IPP par la farnésyl pyrophosphate (FPP) synthase génère du géranyl diphosphate et du FPP, qui forment finalement du squalène.
Augmentation de la concentration de squalène dans les cyanobactéries et les microalgues :
L’une des espèces de microalgues les plus connues capables de produire du squalène est : Botryococcus brauni :. Plusieurs tentatives de collecte d’hydrocarbures et d’huiles de cet organisme ont été faites, mais ces tentatives ont été entravées par le développement lent de l’algue et ses mécanismes génétiques limités. Les enzymes présumées impliquées dans la synthèse du squalène, d’autre part, peuvent être utilisées pour une expression hétérologue dans d’autres souches afin d’augmenter la production de squalène.
D’autres cyanobactéries ont également été génétiquement modifiées pour augmenter la production de squalène dans plusieurs études antérieures. Une cyanobactérie, Synechocystis sp. PCC 6803, a été conçu pour fabriquer du squalène à partir de CO2. Le squalène est produit dans cet organisme via la voie MEP pour la biosynthèse des terpénoïdes, et il est ensuite utilisé pour la formation d’hopanoïdes par l’enzyme squalène hopène cyclase (Shc).
Amélioration de la synthèse du squalène des thraustochytrides par génie biochimique :
Aurantiochytrium sp. Yonez 5-1 et Aurantiochytrium sp. 18W-13a sont deux souches de thraustochytrides qui ont été identifiées comme des candidats potentiels pour la production de squalène. Des recherches antérieures menées sur ces souches ont révélé que lorsqu’elles sont cultivées dans un milieu spécifique, Aurantiochytrium sp. 18W-13a produit 198 mg/gCDW de squalène et Aurantiochytrium sp. Yonez 5-1 a produit 316,64 mg/gCDW de squalène.
Des procédures de séparation du squalène des autres lipides avant un traitement ultérieur doivent être développées pour permettre son utilisation dans les secteurs concernés. Peu de stratégies pour isoler le squalène des lipides totaux, telles que la cristallisation de fraction et la saponification, ont été documentées dans la littérature.
La séparation du squalène à partir de cellules lyophilisées a déjà été rapportée après saponification et extraction avec du n-hexane, avec l’utilisation d’une technique de cristallisation fractionnée dans laquelle les lipides totaux isolés ont été combinés avec du méthanol / acétone et maintenus à 20oC pendant 30 heures, puis filtrés et lavé avec du chloroforme et du méthanol. Sur la base de ces découvertes, des stratégies pour séparer le squalène des lipides récupérés totaux et réutiliser les lipides résiduels seront nécessaires pour que la procédure soit économiquement viable.
Conséquences :
Alors que la recherche actuelle s’est concentrée sur l’optimisation des bioprocédés pour augmenter la production de squalène des thraustochytrides, seules les espèces de levure ont été étudiées pour l’ingénierie métabolique afin d’augmenter la teneur en squalène.
Pour créer des solutions d’ingénierie métabolique viables, une connaissance plus approfondie des gènes biosynthétiques et des voies de formation du squalène chez les thraustochytrides serait nécessaire.
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