La microbiologie industrielle exploite la capacité des microorganismes à synthétiser des composés contenant des applications dans de nombreux domaines : médecine, agronomie, agroalimentaire notamment. Cette synthèse peut être naturelle, c’est–à-dire en utilisant des produits naturellement produits par le microorganisme cultivé, soit par des organismes génétiquement modifiés, ou OGM chez lesquels on a introduit un ou plusieurs gènes d’intérêt permettant la synthèse de la molécule souhaitée. Quelques exemples sont présentés dans ce cours :

Les antibiotiques :

Plus des 2/3 des antibiotiques sont produits directement par les microorganismes, essentiellement par les bactéries du genre Streptomyces et des champignons filamenteux, notamment le genre Penicillium. Les antibiotiques sont sécrétés directement dans le milieu de culture, ce qui facilite leur purification. Des dérivés semi-synthétiques sont ensuite produits afin de réduire la probabilité d’apparition de résistances, en créant de nombreux variants de ces antibiotiques. 

La synthèse d’antibiotiques implique non seulement l’utilisation des souches adéquates, mais aussi la maîtrise de la composition chimique du milieu de culture, la synthèse des antibiotiques dépendant de différents substrats et de leurs quantités relatives.

Les acides organiques :

Dans l’industrie agroalimentaire, les additifs comme les acides lactique, acétique ou citrique sont des conservateurs produits par des microorganismes. La culture de champignons filamenteux comme Aspergillus niger en conditions anaérobies induit une fermentation à l’origine de ces acides libérés dans le milieu. La production d‘un type d’acide dépend des conditions chimiques du milieu, et notamment des oligoéléments métalliques comme le fer ou le manganèse. En bloquant la croissance du microorganisme à un stade donné, on favorise la synthèse d’un acide organique particulier.

Les biocatalyseurs :

De nombreuses biosynthèses sont très lentes et sont accélérées grâce à des catalyseurs. La catalyse chimique est souvent un processus très onéreux et difficile à appliquer, comme des températures très élevées qui peuvent dénaturer les produits. En outre, les enzymes ont une stéréospécificité qui ne peut pas être réalisée lors d’une catalyse chimique, et la catalyse enzymatique se fait dans des conditions physico-chimiques beaucoup plus faciles à obtenir. Lorsqu’une enzyme d’intérêt est identifiée chez un microorganisme, celui-ci est exploité. Certaines souches peuvent alors être modifiées afin de produire davantage l’enzyme d’intérêt ou améliorer la synthèse d’un produit.

Les biocarburants et biopolymères :

Un domaine en plein essor de la microbiologie appliquée est la synthèse de substituts aux produits pétroliers. Ainsi de nombreuses start-up et d’autres groupes industriels essayent de produire des biocarburants à partir de microorganismes photosynthétiques, ou de l’éthanol par des microorganismes du genre Zymomonas ou Thermoanaerobacter. 

Les biopolymères d’intérêt sont essentiellement des dérivés des polysaccharides, utilisés comme agents gélifiants ou certains polyesters de Pseudomonas oleovorans, qui sert de matière première pour certains plastiques.