Une approche de biotraitement durable et efficace pour l'amélioration de la production de phosphatase acide et de la solubilisation du phosphate naturel par la souche ACP1 de Bacillus haynesii

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 8926 (2022) Citer cet article

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Il y a en effet une augmentation considérable de la production biotechnologique à l'échelle mondiale, et de plus en plus de bioprocédés innovants doivent donc fonctionner idéalement non seulement dans un petit laboratoire, mais également à grande échelle de production. L’optimisation efficace des processus microbiens constitue un défi important lorsqu’il s’agit d’atteindre divers objectifs d’applications de développement durable et de bio-ingénierie. Dans les mines égyptiennes, plusieurs types distincts de phosphate naturel (RP) sont utilisés comme source d'engrais phosphatés dans l'agriculture. Il est plus écologique d’utiliser la biosolubilisation du RP que l’acidulation. Par conséquent, ce travail visait à augmenter stratégiquement la production de phosphatase acide (ACP) et la biosolubilisation de la RP par le Bacillus haynesii récemment découvert. L'utilisation d'approches expérimentales statistiques consécutives de Plackett – Burman Design (PBD) et de Rotatable Central Composite Design (RCCD), suivies de conditions de culture à pH non contrôlé dans un bioréacteur de paillasse de 7 L, ont révélé une formulation de milieu innovante. Ces approches ont considérablement amélioré la production d'ACP, atteignant 207,6 UL−1 avec un coefficient de rendement ACP Yp/x de 25,2 et un taux de croissance spécifique (µ) de 0,07 h−1. Les métaux Na, Li et Mn ont été libérés le plus efficacement par le RP au cours du processus de solubilisation par B. haynesii. Les conditions de culture à pH non contrôlé constituent le réglage le plus approprié pour améliorer simultanément la production d’ACP et d’acides organiques. L’acide organique le plus abondant produit lors du processus de culture était l’acide lactique, suivi de l’acide glutamique et de l’isomère de l’acide hydroxybenzoïque. Les résultats des analyses TGA, DSC, SEM, EDS, FTIR et XRD soulignent l’influence significative des acides organiques et de l’activité ACP sur la solubilisation des particules RP.

La mondialisation actuelle a obligé l'agriculture durable à répondre à nos besoins agricoles, ce que l'agriculture conventionnelle ne peut pas faire. Les systèmes de production agricole doivent être intensifiés pour soutenir les gains de productivité et la génération de revenus afin de maintenir la sécurité alimentaire dans les pays en développement. Parmi les macronutriments nécessaires aux plantes et aux animaux supérieurs se trouve le phosphore (P), alors que de nombreuses voies métaboliques nécessitent la présence de P pour fonctionner. L’Égypte possède des sols alcalins qui rendent la dissolution des minéraux phosphatés extrêmement difficile. Utiliser correctement le RP comme source de P peut contribuer à une intensification agricole durable, en particulier dans les pays en développement dotés de gisements de RP1. En minéralogie et en géologie, les phosphates sont des roches ou des minerais contenant des ions phosphate. La phosphorite, également connue sous le nom de RP, est une ressource naturelle épuisable et non renouvelable constituée d'une roche sédimentaire non détritique qui comprend des quantités substantielles de minéraux phosphatés2. Différentes roches géologiques peuvent être trouvées à travers le monde.

Le RP, ainsi que les phosphates valorisés qui en dérivent, sont des minéraux importants dans le monde. Quatre-vingt-dix-sept pour cent de la production mondiale de minerai de phosphate est concentrée dans 16 pays, chacun produisant des millions de tonnes chaque année. Le phosphate peut être fourni sous forme d'hydroxyapatite [Ca10(PO4)6(OH)2], de fluorapatite [Ca10(PO4)6F2], d'apatite carbonatée [3Ca3(PO4)2·CaCO3] et de sulfo-apatite [3Ca3 ( PO4)2·CaSO4]. On pense généralement que les apatites ignées et métamorphiques sont moins réactives en raison de leur structure cristalline bien développée. Les gisements de phosphorite égyptiens sont découverts sous forme de beda, de couches et de lentilles intercalées avec des gisements de calcaire, de chert, d'argile et de marne3. Actuellement, seuls quelques gisements RP sont exploités ; environ 90 pour cent de la production mondiale d’engrais phosphatés provient de l’exploitation minière du RP. Le reste est utilisé dans l’alimentation animale, les détergents et les produits chimiques. Même si le sol peut être traité au RP directement en surface, son accès aux plantes est lent2. Ces dernières années, de nombreuses études ont été réalisées sur la création d’approches innovantes, écologiques et respectueuses de la solubilisation du RP, par opposition à la procédure traditionnelle à l’acide minéral. Les bioinoculants commerciaux et le biotraitement à grande échelle du RP utilisant des micro-organismes solubilisant le phosphate ont abouti à des alternatives commerciales très efficaces, peu coûteuses et fructueuses qui sont actuellement utilisées par l'agro-industrie partout dans le monde4.