Production, Purification and Characterization of Thermostable Amylase from Thermophilic Bacteria Isolated from Water and Sediments of Wanzaye Hot Spring, Ethiopia

Dans le monde de la fabrication industrielle, les enzymes agissent comme les propres outils de la nature, accélérant des réactions chimiques qui prendraient autrement beaucoup trop de temps ou nécessiteraient des conditions extrêmes. Parmi celles-ci, les amylases sont particulièrement précieuses car elles décomposent l'amidon, une source d'énergie courante présente dans les plantes, en sucres plus simples. Bien que ces enzymes soient utiles, beaucoup se dégradent ou cessent de fonctionner lorsque la température augmente, ce qui limite leur utilisation dans les processus nécessitant de la chaleur. C'est ici qu'interviennent les bactéries thermophiles, ou aimant la chaleur. Présentes dans des environnements extrêmes comme les sources chaudes, ces organismes microscopiques produisent des enzymes qui restent stables et actives même à des températures élevées. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à exploiter ces catalyseurs biologiques robustes pour améliorer l'efficacité dans des industries allant de la transformation alimentaire à la fabrication de détergents, mais de nombreuses régions présentant une activité géothermique restent largement inexplorées pour ces ressources spécifiques.

Des chercheurs en Éthiopie ont porté leur attention sur la source chaude de Wanzaye, un site géothermique naturel dans la partie nord-ouest du pays, pour étudier si ses eaux et ses sédiments recelaient des bactéries capables de produire de telles enzymes thermostables. L'équipe a prélevé des échantillons de la source, qui se situe dans un climat frais et subhumide mais émet une eau à une température de 42 degrés Celsius. En chauffant les échantillons à 80 degrés Celsius, ils ont filtré les bactéries et les champignons ordinaires, ne laissant derrière eux que les thermophiles résistants capables de former des spores. À partir de ces survivants, ils ont isolé vingt colonies bactériennes distinctes et les ont testées pour leur capacité à dissoudre l'amidon. Huit d'entre elles ont montré une forte activité, et quatre souches spécifiques, nommées WA7, WA10, WA11 et WA12, ont été sélectionnées pour une étude plus approfondie. Toutes quatre ont été identifiées comme appartenant au genre Bacillus, un groupe de bactéries connues pour leur résilience et leur capacité à former des spores protectrices.

Pour produire les enzymes, les chercheurs ont cultivé ces bactéries selon une méthode appelée fermentation en milieu solide, qui consiste à cultiver des microbes sur des déchets agricoles solides plutôt que dans un liquide. Ils ont testé trois matériaux différents : le son de blé, le son de riz et la peau de banane. Les résultats ont montré que le son de blé était le meilleur choix, soutenant la production d'enzymes la plus élevée. L'équipe a déterminé que les bactéries croissaient mieux et produisaient le plus d'enzymes lorsqu'elles étaient maintenues à une température de 55 degrés Celsius avec un pH neutre de 7, et que le moment optimal pour récolter l'enzyme était après 72 heures de croissance. Une fois que les bactéries ont fait leur travail, les chercheurs ont extrait le mélange enzymatique brut et l'ont purifié à l'aide d'un processus impliquant l'ajout de sel pour précipiter les protéines, puis un lavage pour éliminer les impuretés. Cette étape de purification a augmenté la concentration de l'enzyme active, la rendant plus efficace.

Les enzymes purifiées ont ensuite été soumises à une série de tests pour comprendre leurs capacités. L'analyse a révélé que les enzymes avaient une taille d'environ 50 kilodaltons, une mesure du poids moléculaire, et qu'elles décomposaient principalement l'amidon en maltose, un type de sucre. Testées pour leur tolérance à la chaleur, les enzymes se sont révélées remarquablement robustes. Elles ont atteint leur performance maximale à des températures comprises entre 65 et 70 degrés Celsius, selon la souche bactérienne spécifique. Plus impressionnant encore, après avoir séjourné à des températures allant de 40 à 80 degrés Celsius pendant une heure, les enzymes ont conservé plus de 76,8 % de leur activité initiale. Elles ont également montré une stabilité à travers une large gamme de niveaux d'acidité, fonctionnant bien dans des conditions allant de légèrement acides à légèrement alcalines.

L'aspect le plus pratique de leur potentiel concernait l'amidon d'enset brut, une culture vivrière de base en Éthiopie. Les chercheurs ont mélangé les enzymes purifiées avec de la poudre d'enset brute et ont constaté que les enzymes pouvaient convertir l'amidon en sucres fermentescibles avec une efficacité dépassant 70 % pour les quatre souches, la meilleure performance atteignant près de 91 %. Cela suggère que ces enzymes pourraient être utilisées pour traiter l'amidon brut directement, un processus qui est souvent difficile et gourmand en énergie. L'étude conclut que la source chaude de Wanzaye est une source précieuse et auparavant sous-utilisée de bactéries industriellement pertinentes. En utilisant des déchets agricoles peu coûteux comme le son de blé pour cultiver ces microbes, les chercheurs ont démontré une manière rentable de produire des enzymes capables de résister aux hautes températures requises par les industries modernes de transformation de l'amidon, offrant une voie durable pour la fabrication locale et mondiale.