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Posté par Redbran le Jeudi 25/01/2018 à 12:00
Des billes pour un concert de catalyses bactériennes

Activer de concert des bactéries tout en limitant leurs interactions devient possible ! Des chercheurs du Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS) ont mis au point des billes alvéolaires, biocatalyseurs vivants offrant une grande modularité sans contamination des milieux réactionnels. Ces résultats, brevetés et publiés dans la revue Advanced Biosystems, sont d'une portée majeure avec des applications dans de nombreux domaines industriels alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques, pétrochimiques, énergétiques et environnementaux.

Omniprésents dans notre environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) quotidien, les micro-organismes, comme les bactéries (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...), sont des biocatalyseurs utiles en termes d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une...) moléculaire ou de production de molécules d'intérêts pratique et industriel (médicaments, produits alimentaires fermentés, etc.). Des chercheurs du Centre de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) Paul Pascal (CNRS) ont mis au point (Graphie) un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) qui permet d'optimiser l'utilisation de ces micro-organismes dans la catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en...).

Les micro-organismes produisent en continu des enzymes (catalyseurs protéiniques) impliquées dans la plupart des réactions chimiques du monde (Le mot monde peut désigner :) du vivant animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances...) ou végétal (Les classifications scientifiques classiques regroupent sous le terme végétal ([veʒetal]/[veʒeto]) plusieurs lignées d'organismes...). Mais faire travailler ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) plusieurs micro-organismes, par exemple pour mener des transformations chimiques complexes, représente un challenge. Placés dans le même environnement, ces micro-organismes entrent en effet en compétition, ce qui paralyse leur action.

Pour remédier à cela, les équipes des Professeurs Jean-Christophe Baret et Rénal Backov ont d'abord initié des proliférations bactériennes au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure...) de billes siliciques alvéolaires. Puis ils ont recouvert ces billes d'une membrane silicique perméable aux nutriments et autres molécules cibles, mais imperméable aux bactéries. Les bactéries confinées peuvent alors proliférer grâce à un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) libre optimisé, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en échangeant des molécules avec le milieu réactionnel à l'extérieur de la bille.

Ces biocatalyseurs vivants semi-perméables permettent dorénavant une catalyse cyclique sans prolifération au sein du milieu réactionnel: un même biocatalyseur pouvant être utilisé plusieurs fois et aucun déchet (Un déchet (détritus, résidu..) est un objet en fin de vie ou une substance issue d'un processus, jugés devenus inutiles ou dangereux ou...) du cycle catalytique ne vient polluer l'environnement.

De par leur caractère confiné et modulaire, deux types de billes associées à deux familles de bactéries différentes peuvent également être introduites dans le même milieu réactionnel: les familles travaillent ainsi de concert tout en étant ségréguées au sein de l'espace géométrique, offrant dès lors une possibilité de réaction catalytiques en cascades.

Au-delà, les chercheurs ont démontré qu'en modulant soit le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de billes biocatalytiques soit le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour...) de ces dernières, il est possible d'accommoder des proportions données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de réactifs ou une cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) réactionnelle particulière: par exemple une cinétique faible peut être compensée par des billes plus grosses ou un nombre de billes plus important.

Ces billes bioactives et vivantes apparaissent comme de formidables outils d'étude des mécanismes synergétiques par échanges de signaux chimiques. Ces résultats brevetés (1) et publiés (2) sont d'une portée majeure avec des applications dans de nombreux domaines industriels alimentaires, cosmétiques, pharmaceutiques, pétrochimiques, énergétiques et environnementaux.


Schéma explicitant un exemple de catalyse en cascade rendue possible par ces billes bioactives vivantes.
©Rénal Backov

Références publications:
(1) Billes alvéolaires de silice, procédé de préparation, utilisation comme biocatalyseurs, procédé de biocatalyse mettant en ?uvre lesdites billes, autres utilisations. J.-C. Baret, M. Depardieu, A. Roucher, D. Pekin, M. Morvan et R. Backov. Brevet français 2017, n°de dépôt. FR17-51846.

(2) From Compartmentalization of Bacteria (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées par une absence de noyau et d'organites. La plupart des bactéries possèdent une paroi cellulaire glucidique, le...) within Inorganic Macrocellular Beads to the Assembly of Microbial Consortia. A. Roucher, M. Morvan, D. Pekin, M. Depardieu, J.-L. Blin, V. Schmitt, M. Konrad, J.-C Baret et R. Backov. Advanced Biosystems, 2017, (DOI: 10.1002/adbi.201700233).


Contacts chercheurs:
- Rénal Backov, CRPP UPR 8641, Université de Bordeaux (Cette page est consacrée au PRES Université de Bordeaux. Pour les pages sur les universités, voir Université Bordeaux I, Université Bordeaux II, Université...)
- Jean-Christophe Baret, CRPP UPR 8641, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Bordeaux

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Source et illustrations: CNRS-INC