La fermentation solide de matières organiques résiduelles locales par des mycètes de l'estuaire du Saint-Laurent : une synergie innovante pour la production d'enzymes ligninolytiques

Bouchard, Pierre (2024). La fermentation solide de matières organiques résiduelles locales par des mycètes de l'estuaire du Saint-Laurent : une synergie innovante pour la production d'enzymes ligninolytiques. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 189 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Ce mémoire présente une campagne de bioprospection menée dans l'estuaire du fleuve Saint-Laurent pour isoler, identifier et caractériser des souches fongiques potentiellement capables de produire des enzymes ligninolytiques. L'objectif était également de développer des méthodologies et des protocoles adaptés à cette tâche. Les résultats ont révélé que certaines souches, notamment Pestalotiopsis linearis, possédaient des capacités prometteuses pour la dégradation des composés lignocellulosiques, dans des conditions se rapprochant des paramètres environnementaux de l'estuaire. Les enzymes laccases produites par cette espèce ont démontré une activité supérieure à l'enzyme de référence de Trametes versicolor à des pH plus alcalins et à une plus faible température. La bioprospection a conduit à l'isolement de 83 souches fongiques filamenteuses, cultivables sur des milieux de culture standard. Un processus de criblage utilisant des milieux sélectifs et des réactifs colorimétriques a permis de sélectionner quatre souches pour une étude approfondie : Filosporella exilis, Pestalotiopsis linearis, Graphium rubrum et Magnaporthiopsis agrostidis. Ces souches ont été identifiées par séquençage des régions ITS, et les séquences obtenues ont été comparées aux bases de données publiques telles que GenBank à l'aide du logiciel BLAST. Cette comparaison a permis d'établir l'identité des souches en fonction de leur alignement avec les séquences disponibles. Les souches sélectionnées ont été caractérisées en termes de cinétiques de croissance, de températures cardinales, de tolérance au pH et à la salinité, ainsi que de préférences nutritionnelles pour diverses sources de carbone et d'azote. Filosporella exilis a montré une utilisation efficace du glucose, tandis que Graphium rubrum préférait le fructose. Magnaporthiopsis agrostidis a démontré une affinité pour des sources de carbone moins courantes, et Pestalotiopsis linearis a montré une préférence pour les polyols (types d'alcools). En ce qui concerne les sources d'azote, les acides aminés ont été les plus efficaces pour stimuler la croissance. Pour les sources d'azote simples ou inorganiques, l'urée convenait aux quatre souches, mais Graphium rubrum et Magnaporthiopsis agrostidis ont montré une meilleure réponse avec les nitrites, tandis que Filosporella exilis a mieux utilisé le biuret. La production d'enzymes ligninolytiques, telles que les cellulases, xylanases, laccases et peroxydases, a été évaluée pour les quatre souches isolées en termes de modèles cinétiques de production enzymatique en fonction du temps. Pestalotiopsis linearis s'est démarquée par sa production de laccases, de cellulases et de xylanases. Les enzymes produites ont été comparées à la laccase de référence de Trametes versicolor, et Pestalotiopsis linearis a montré des isoformes distinctes ou une utilisation du guaiacol comme médiateur, suggérant une diversité fonctionnelle ou une adaptation à différentes conditions environnementales. La production de laccases par Pestalotiopsis linearis en fermentation en milieu solide a également été explorée. Des méthodes ont été développées pour estimer la biomasse fongique en milieu solide en mesurant l'activité des laccases par milligramme d'ergostérol, ce qui a permis de documenter certaines grandeurs cinétiques en fonction du temps et de la biomasse fongique. Les résultats ont montré que des substrats tels que les boues mixtes de papeteries et les fragments de bouchons de liège pouvaient soutenir la croissance fongique et la production de laccases chez Pestalotiopsis linearis. Cette étude a apporté des contributions significatives à la compréhension de la diversité fonctionnelle des champignons dans les environnements estuariens et a ouvert la voie à de nouvelles applications biotechnologiques des souches fongiques isolées, renforçant le potentiel de la mycotechnologie dans des secteurs variés. En conclusion, ce mémoire a démontré le potentiel des souches fongiques isolées de l'estuaire du fleuve Saint-Laurent pour la production de laccases, tout en proposant des améliorations méthodologiques pour de futures recherches. -- Mot(s) clé(s) en français : Bioprospection ; Souches fongiques ; Enzymes ligninolytiques ; Estuaire du Saint-Laurent ; Pestalotiopsis linearis, Laccases ; Caractérisation enzymatique ; fermentation en milieu solide ; Conditions de croissance ; Modèles cinétiques ; Mycotechnologie. --
ABSTRACT : This master’s thesis presents a bioprospecting campaign conducted in the estuary of the Saint Lawrence River to isolate, identify, and characterize fungal strains with potential for producing ligninolytic enzymes. The objective was also to develop methodologies and protocols tailored to this task. The results revealed that certain strains, particularly Pestalotiopsis linearis, exhibited promising capabilities for degrading lignocellulosic compounds under conditions resembling the environmental parameters of the estuary. The laccase enzymes produced by this species demonstrated superior activity compared to the reference enzyme from Trametes versicolor, especially at more alkaline pH levels and lower temperatures. Bioprospecting led to the isolation of 83 filamentous fungal strains, which were successfully cultivated on standard culture media. A screening process using selective media and colorimetric reagents identified four strains for in-depth study: Filosporella exilis, Pestalotiopsis linearis, Graphium rubrum, and Magnaporthiopsis agrostidis. These strains were identified by sequencing the ITS regions and comparing them to public databases like GenBank using BLAST software. The selected strains were characterized in terms of growth kinetics, cardinal temperatures, tolerance to pH and salinity, as well as nutritional preferences for various carbon and nitrogen sources. Filosporella exilis efficiently utilized glucose, while Graphium rubrum preferred fructose. Magnaporthiopsis agrostidis showed an affinity for less common carbon sources, and Pestalotiopsis linearis exhibited a preference for polyols. For nitrogen sources, various amino acids proved most efficient. Among simple or inorganic nitrogen sources, urea supported the growth of all four strains; however, Graphium rubrum and Magnaporthiopsis agrostidis demonstrated increased absorbance with nitrites, while Filosporella exilis better utilized biuret. The production of ligninolytic enzymes including cellulases, xylanases, laccases, and peroxidases was evaluated for the four isolated strains based on enzymatic production kinetics over time. Pestalotiopsis linearis stood out for its production of laccases, cellulases, and xylanases. The enzymes produced were compared to the reference laccase from Trametes versicolor, with Pestalotiopsis linearis showing distinct isoforms or utilizing guaiacol as a mediator, suggesting functional diversity or adaptation to varying environmental conditions. The production of laccases by Pestalotiopsis linearis in solid-state fermentation was also explored using substrates composed of residual materials. Methods were developed to estimate fungal biomass in solid media by measuring laccase activity per milligram of ergosterol. These methods documented kinetic parameters over time and fungal biomass accumulation. The results indicated that substrates such as mixed papermill sludge and cork stoppers could support fungal growth and laccase production in Pestalotiopsis linearis. However, fresh papermill sludge was more effective for biomass production compared to sludge stored for six months. This study has made significant contributions to understanding the functional diversity of fungi in estuarine environments and has opened new avenues for biotechnological applications using these isolated fungal strains. It reinforces the potential of mycotechnology across various sectors. In conclusion, this master’s thesis has demonstrated the potential of fungal strains isolated from the Saint Lawrence River estuary for laccase production while proposing methodological improvements for future research. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Bioprospecting; Fungal strains; Ligninolytic enzymes; Saint Lawrence Estuary; Pestalotiopsis linearis; Laccases; Enzymatic characterization; Solid-state fermentation; Growth conditions; kinetic models; Mycotechnology.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Deschênes, Jean-Sébastien
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Lemarchand, Karine
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise sur mesure, biotechnologies en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Champignons filamenteux - Québec (Province) - Saint-Laurent, Estuaire du; Champignons filamenteux - Biotechnologie; Fermentation en milieu solide; Lignine; Enzymes; Laccase; Mycètes filamenteux; Enzymes ligninolytiques; Pestalotiopsis linearis; Mycotechnologie; Bioprospection.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie
Date de dépôt :	09 avr. 2025 18:49
Dernière modification :	09 avr. 2025 18:49
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3266