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RÉSUMÉ
Les polyhydroxyalcanoates sont des polyesters synthétisés par un grand nombre de microorganismes en réponse à des conditions de déséquilibres énergétique et nutritionnel. Les conditions de culture, la nature du substrat carboné ainsi que naturellement les microorganismes, vont déterminer la nature chimique et les caractéristiques de ces polyesters. Les possibilités d’applications de ces biopolymères dans différents domaines de la santé, eu égard leurs propriétés spécifiques telles leur biodégradabilité et leur biocompatibilité, sont ici abordées. D’autres recherches restent encore à mener et du fait de sa biodiversité microbienne encore peu exploitée et peu connue, le milieu marin se présente comme une source de nouvelles souches aptes à produire de tels biopolymères.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean GUEZENNEC : Consultant scientifique Plouzané (France), AiMB (Advices in Marine Biotechnology)
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Yves-Marie CORRE : Ingénieur de recherche, Laboratoire d"ingénierie des matériaux de Bretagne (LIMATB) Université de Bretagne Sud Lorient (France)
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Christelle SIMON-COLIN : Biochimiste, Ifremer, UMR 6197, Laboratoire de microbiologie des environnements extrêmes, Technopôle Brest-Iroise, UBO, CNRS, Plouzané (France)
INTRODUCTION
Les polyhydroxyalcanoates (PHA) font partie de ces biopolymères synthétisés par les bactéries en réponse à un environnement défavorable à leur croissance. Ces polymères biodégradables se présentent alors comme une alternative à l'utilisation de polymères synthétiques dérivés de la pétrochimie. De nombreuses applications sont attendues considérant la possibilité de contrôler en amont la nature de ces polymères par des actions au niveau des conditions de culture et de fermentation, de la source de carbone et bien naturellement des souches productrices. Leur caractère de biodégradabilité et de biocompatibilité, leurs propriétés mécaniques et le fait de pouvoir les associer par différentes approches, à d'autres molécules ou polymères, jouent également en faveur d'applications dans la plupart des domaines de la santé (hématologie, cardiologie, ophtalmologie, dermatologie, régénérations tissulaire et osseuse, etc.). Des études restent encore à mener, notamment sur les oligomères et les polymères fonctionnalisés, mais beaucoup de paramètres plaident en faveur d'un développement prochain de ces biopolymères dans ce domaine. Mais tout cela ne doit pas exclure l'intérêt que peuvent également présenter la recherche et la mise en évidence de nouvelles souches productrices. En ce sens, le milieu marin, de par sa biodiversité microbienne encore mal connue et peu exploitée, se présente comme une source potentielle de nouveaux microorganismes aptes à produire, en conditions contrôlées, des nouveaux PHA.
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biopolymères microorganismes polyesters bactériens polyesters synthétisés biomédical santé
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3. Méthodologies de criblage
Si ces PHA représentent une nouvelle génération de biopolymères innovants, la recherche de microorganismes capables de les produire constitue le premier enjeu majeur dans le développement de ces polymères. Ce criblage peut être réalisé selon deux approches :
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une approche culturale faisant intervenir le métabolisme bactérien en conditions de culture favorables à la synthèse de ces PHA ;
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une approche moléculaire basée sur l'analyse du profil génétique du microorganisme.
3.1 Approche culturale
Cette approche a longtemps été utilisée pour identifier les souches bactériennes capables de produire ces biopolymères. Elle consiste à placer les bactéries dans un milieu de culture enrichi en source de carbone et appauvri en azote, phosphate, oxygène ou tout autre élément nécessaire à leur croissance. Ce test peut être réalisé sur milieu gélosé en boite de Pétri : on parle alors de test phénotypique basé sur la comparaison de la croissance des colonies bactériennes sur un milieu enrichi en source carbonée (le plus souvent du glucose) par rapport à un milieu témoin dépourvu de cette source de carbone. Les PHA étant accumulés de manière intracellulaire, un grossissement des colonies bactériennes est attendu pour les isolats positifs. Bien que ce test ait conduit à l'identification d'un certain nombre d'isolats producteurs de PHA, il n'en demeure que relativement peu fiable en raison de la difficulté à rassembler, dans un même test, l'ensemble des conditions de culture favorables à la synthèse de PHA pour plusieurs souches. Et il y a fort à penser que de nombreux isolats potentiellement producteurs ne sont pas ainsi détectés. D'autre part, ce test reste difficile à appliquer s'agissant d'études menées sur de larges collections de microorganismes.
D'autres méthodes de détection des microorganismes capables de synthétiser et d'accumuler des PHA utilisent des colorants de type noir Soudan ou bleu de Nil. Mais il convient d'être prudent au niveau de l'interprétation, car ces colorants réagissant également avec d'autres structures lipidiques.
Par ailleurs, du fait de leur caractère réfringent, les granules intracytoplasmiques de PHA peuvent être observées in vivo par microscopie optique à contraste de phase ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - SIMON-COLIN (C.), RAGUENES (G.), COZIEN (J.), GUEZENNEC (J.) - Halomonas profundus sp. nov., a new PHA-producing bacterium isolated from a deep-sea hydrothermal vent shrimp. - Journal of Applied Microbiology, 104(5), p. 1425-1432 (2008).
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(2) - SIMON-COLIN (C.), RAGUENES (G.), CRASSOUS (P.), MOPPERT (X.), GUEZENNEC (J.) - A novel mcl-PHA produced on coprah oil by Pseudomonas guezennei biovar. tikehau, isolated from a « kopara » mat of French Polynesia. - International Journal of Biological Macromolecules, 43(2), p. 176-181 (2008).
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(3) - DAWES (E.A.), SENIOR (P.J.) - The role and regulation of energy reserve polymers in microorganisms. - Advances in Microbiology and Physiology, 10, p. 135-266 (1973).
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(4) - GRAGE (K.), JAHNS (A.C.), PARLANE (N.), PALANISAMY (R.), RASIAH (I.A), ATWOOD (J.A.), RHEM (B.H.A.) - Bacterial polyhydroxyalkanoate granules : biogenesis, structure and potential use as Nano-/micro-beads in biotechnological and biomedical applications. - Biomacromolecule, 10(4), p. 660-669 (2009).
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(5) - STEINBÜCHEL (A.), SCHLEGEL (H.G.) - Physiology...
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