Geobacillus stearothermophilus

Définition

Geobacillus stearothermophilus est une bactérie thermophile utilisée fréquemment comme bio-indicateur permettant de vérifier l’efficacité d’un autoclavage. Elle est également utilisée en bioréhabilitation et pour la production d’enzymes thermostables et de biocarburants. Cette bactérie est trouvée dans des sources chaudes, des réservoirs pétroliers chauffés géothermiquement ainsi que des usines agro-alimentaires.

Carte d'identité de Geobacillus stearothermophilus — Elle possède une coloration de Gram positive et se développe de 34 à 68 °C avec un optimum à 62 °C ^[1]. Elle forme des spores lorsque les conditions de son environnement lui sont néfastes.

Découverte de Geobacillus stearothermophilus

G. stearothermophilus a été isolée d’une boîte de conserve contenant du mais (après stérilisation à 118 °C pendant 75 min) ^[2]. Dans un premier temps, elle a été nommée Bacillus stearothermophilus puis renommée en Geobacillus en 2001 ^[3].

Utilisation de Geobacillus stearothermophilus en biotechnologie

Résistance à l’autoclave

La souche Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 est utilisée comme bio-indicateur pour montrer l’efficacité d’un autoclave ^[4]. En effet, elle produit des spores très résistantes à la chaleur humide (conditions similaires à l’autoclave). Pour cela, une ampoule contenant un milieu de culture et des spores de cette bactéries sont ajoutés dans l’autoclave. Après l’autoclavage, l’ampoule est incubée à une température permettant la croissance de cette bactérie. S’il y a croissance c’est que les bactéries n’ont pas été éliminées lors de la stérilisation et donc que celle-ci n’a pas fonctionnée.

Schéma du protocole permettant de vérifier l'efficacité d'un autoclavage avec Geobacillus stearothermophilus. — Un indicateur coloré est ajouté dans le milieu pour faciliter la lecture (la croissance étant corrélée avec une acidification du milieu). Un changement de couleur indique une croissance bactérienne et donc un défaut dans la procédure d’autoclavage. Au contraire, s’il n’y a pas de changement de couleur cela signifie que la stérilisation a été effectuée correctement.

Bioréhabilitation

Plusieurs applications sont possibles pour cette bactérie en bioréhabilitation de sites pollués :

Cadmium. Cette bactérie peut réaliser de la bioadsorption du cadmium au niveau de sa paroi cellulaire ^[5].
Colorants azoïques. Des enzymes produites par cette bactérie peuvent dégradées les colorants azoïques : des substances utilisées dans l’industrie et qui sont des polluants ^[6].
Hydrocarbures. Elle est capable de réaliser une biodégradation d’hydrocarbures issus de réservoirs pétroliers ^[7].

Production de biocarburants

Les enzymes qu’elle synthétise peuvent être utilisées pour la production de biocarburants (ester méthylique d’acide gras) ^[8].

Références bibliographiques

[1] Kakagianni, M., Gougouli, M., & Koutsoumanis, K. P. (2016). Development and application of Geobacillus stearothermophilus growth model for predicting spoilage of evaporated milk. Food Microbiology, 57, 28-35. (lien)

[2] Donk P. J. (1920). A highly resistant thermophilic organism. Journal of bacteriology, 5(4), 373–374. doi.org/10.1128/jb.5.4.373-374.1920 (lien)

[3] Nazina, T. N., Tourova, T. P., Poltaraus, A. B., Novikova, E. V., Grigoryan, A. A., Ivanova, A. E., Lysenko, A. M., Petrunyaka, V. V., Osipov, G. A., Belyaev, S. S., & Ivanov, M. V. (2001). Taxonomic study of aerobic thermophilic bacilli: Descriptions of Geobacillus subterraneus gen. nov., sp. nov. and Geobacillus uzenensis sp. nov. from petroleum reservoirs and transfer of Bacillus stearothermophilus, Bacillus thermocatenulatus, Bacillus thermoleovorans, Bacillus kaustophilus, Bacillus thermodenitrificans to Geobacillus as the new combinations G. stearothermophilus, G. th. International journal of systematic and evolutionary microbiology, 51(Pt 2), 433–446. doi.org/10.1099/00207713-51-2-433 (lien)

[4] Dlugokenski, R. E., Sella, S. R., Guizelini, B. P., Vandenberghe, L. P., Woiciechowski, A. L., Soccol, C. R., & Minozzo, J. C. (2011). Use of soybean vinasses as a germinant medium for a Geobacillus stearothermophilus ATCC 7953 sterilization biological indicator. Applied microbiology and biotechnology, 90, 713-719. doi.org/10.1007/s00253-011-3160-3 (lien)

[5] Hetzer, A., Daughney, C. J., & Morgan, H. W. (2006). Cadmium ion biosorption by the thermophilic bacteria Geobacillus stearothermophilus and G. thermocatenulatus. Applied and Environmental Microbiology, 72(6), 4020-4027. doi.org/10.1128/AEM.00295-06 (lien)

[6] Matsumoto, K. I., Mukai, Y., Ogata, D., Shozui, F., Nduko, J. M., Taguchi, S., & Ooi, T. (2010). Characterization of thermostable FMN-dependent NADH azoreductase from the moderate thermophile Geobacillus stearothermophilus. Applied microbiology and biotechnology, 86, 1431-1438. doi.org/10.1007/s13205-019-1604-0 (lien)

[7] Elumalai, P., Parthipan, P., Narenkumar, J., Anandakumar, B., Madhavan, J., Oh, B. T., & Rajasekar, A. (2019). Role of thermophilic bacteria (Bacillus and Geobacillus) on crude oil degradation and biocorrosion in oil reservoir environment. 3 Biotech, 9, 1-11. doi.org/10.1007/s13205-019-1604-0 (lien)

[8] Samoylova, Y. V., Piligaev, A. V., Sorokina, K. N., Rozanov, A. S., Peltek, S. E., Novikov, A. A., … & Parmon, V. N. (2016). Application of the immobilized bacterial recombinant lipase from Geobacillus stearothermophilus G3 for the production of fatty acid methyl esters. Catalysis in Industry, 8, 187-193. doi.org/10.1134/S2070050416020082 (lien)