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En direct des laboratoires de l’institut de Chimie

En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

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, biocatayseurs 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 quotidien, les micro-organismes, comme les bactéries, sont des biocatalyseurs utiles en termes d’ingénierie moléculaire ou de production de molécules d’intérêts pratique et industriel (médicaments, produits alimentaires fermentés, etc.). Des chercheurs du Centre de Recherche Paul Pascal (CNRS) ont mis au point un outil qui permet d’optimiser l’utilisation de ces micro-organismes dans la catalyse.

Les micro-organismes produisent en continu des enzymes (catalyseurs protéiniques) impliquées dans la plupart des réactions chimiques du monde du vivant animal ou végétal. Mais faire travailler ensemble 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 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 libre optimisé, tout 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 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 de billes biocatalytiques soit le diamètre de ces dernières, il est possible d’accommoder des proportions données de réactifs ou une cinétique 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.

Article paru sur le site de l’Institut de chimie

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

Contacts chercheurs :

Rénal Backov,
CRPP UPR 8641, Université de Bordeaux

CRPP : Rénal Backov
Phone : 001 617 258 7093
MIT : Rénal Backov

Jean-Christophe Baret,
CRPP UPR 8641, Université de Bordeaux

Jean-Christophe Baret
Tél : 05 56 84 56 56


[1] Billes alvéolaires de silice, procédé de préparation, utilisation comme biocatalyseurs, procédé de biocatalyse mettant en œuvre 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 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).