Une étude comparative utilisant la méthodologie de surface de réponse et un réseau neuronal artificiel pour optimiser la production de mélanine par Aureobasidium pullulans AKW

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13545 (2023) Citer cet article

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L'effet de trois variables indépendantes (c'est-à-dire la tyrosine, le saccharose et le temps d'incubation) sur la production de mélanine par Aureobasidium pullulans AKW a été découvert par deux approches distinctes : la méthodologie de la surface de réponse (c'est-à-dire la conception de Box Behnken (BBD)) et le réseau neuronal artificiel (ANN). dans cette étude pour la première fois en utilisant un support simple. En ce qui concerne le BBD, le saccharose et les intervalles d'incubation ont effectivement exercé une influence significative sur le rendement (niveaux de mélanine), mais pas la tyrosine. Le processus de validation a montré une grande cohérence des paradigmes BBD et ANN avec la production expérimentale de mélanine. Concernant l'ANN, les valeurs prédites de mélanine étaient hautement comparables aux valeurs expérimentales, avec des erreurs mineures en concurrence avec le BBD. Des valeurs expérimentales hautement comparables de mélanine ont été obtenues en utilisant BBD (9,295 ± 0,556 g/L) et ANN (10,192 ± 0,782 g/L). ANN a prédit avec précision la production de mélanine et a montré une amélioration de la production de mélanine d'environ 9,7 % supérieure à celle du BBD. La structure de la mélanine purifiée a été vérifiée par microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), diagramme de diffraction des rayons X (XRD) et analyse thermogravimétrique (TGA). Les résultats ont vérifié l'architecture hiérarchique des particules sous forme de petites boussoles par analyse SEM, l'espacement inter-couches dans l'analyse XRD, le % atomique maximal pour les atomes de carbone et d'oxygène dans l'analyse EDX, et la grande stabilité thermique dans l'analyse TGA du mélanine purifiée. Il est intéressant de noter que la nouvelle souche endophytique actuelle était indépendante de la tyrosine et que le paradigme ANN appliqué de manière unique était plus efficace pour modéliser la production de mélanine avec une quantité appréciée sur un support simple dans un temps relativement court (168 h), suggérant des études d'optimisation supplémentaires pour une maximisation ultérieure. de la production de mélanine.

La curiosité envers les pigments naturels, notamment ceux issus de micro-organismes, a attiré les consommateurs, depuis que la diffusion des colorants synthétiques dans les cosmétiques, l’agroalimentaire, le textile et les produits pharmaceutiques est devenue limitée, en raison de leur cancérogénicité, de leur hyperallergénicité et de leur toxigénicité1,2. La valeur des pigments microbiens réside dans leur grande stabilité, leur rendement et leur facilité de production, ainsi que leur faible coût et leur facilité de culture microbienne3. La production microbienne de mélanine est un domaine d’investigation talentueux, en raison de la croissance de l’industrie exigeant des pigments naturels comme produits sûrs, facilement dégradables et respectueux de l’environnement1.

La mélanine est un pigment brun foncé formé par la polymérisation oxydative de composés phénoliques, tels que le glutaminyl-3,4-dihydroxybenzène, le catéchol, le 3,4-dihydroxynaphtalène ou la 3,4-dihydroxy-phénylalanine, au cours des voies métaboliques de champignons, une autre voie est la voie de la 3,4-dihydroxyphénylalanine, où la tyrosine est catalysée par la tyrosinase et la laccase pour former la dopaquinone, qui est oxydée et autopolymérisée en mélanine3,4. De plus, la production de mélanine dépend des enzymes tyrosinase intra et/ou extracellulaires, par lesquelles plusieurs études ont atteint le processus cinétique d'activation, d'inactivation, d'inducteur et d'inhibiteurs de l'enzyme tyrosinase au cours de la croissance de Penicillium chrysogenium, Trichderma reesei et Trichoderma harzianum2,5.

Parmi les producteurs microbiens de mélanine, les champignons ont une supériorité dans la construction de mélanine et sont disponibles en tant que source puissante, car ils sont capables de produire un rendement élevé de la substance dans un milieu de culture à faible coût, ce qui rend le bioprocédé économiquement réalisable à l'échelle industrielle. ,4. Plusieurs champignons ascomycètes produiraient de la mélanine, par exemple Aureobasidium pullulans, Neophaeotheca triangularis, Trimmatostroma salinum et Hortaea werneckii6,7. Par rapport aux bactéries, ces champignons présentent des avantages potentiels en raison de la prédominance de deux enzymes clés (la tyrosinase et la laccase) qui jouent un rôle majeur dans la production de mélanine8.