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Des bactéries productrices de biopolymères (Des projets de recherche en biotechnologie à l'Empa)

Dübendorf (ots)

L'Empa (Laboratoire fédéral d'essai des
matériaux 
et de recherche) effectue des travaux de recherche pour évaluer et 
optimiser des procédés biotechnologies permettant la production "sur 
mesure" de biopolymères. Leur bonne biodégradabilité et leur 
biocompatibilité confèrent à ces polymères naturels de vastes 
possibilités d'utilisation dans l'industrie en général et plus 
spécialement dans l'industrie chimique ainsi que dans l'industrie 
pharmaceutique et médicale.
Dans un laboratoire de l'Empa, une équipe de chercheurs travaille 
sur des souches de bactéries vivant normalement dans la terre et 
dans les stations d'épuration des eaux pour les inciter à produire 
des biopolymères de haute valeur. Dans un bioréacteur, avec un 
milieu nutritif contenant du carbone sous une forme appropriée et 
dans des conditions soigneusement contrôlées, certains de ces 
microorganismes produisent des biopolyesters parfaitement 
écologiques et durables. Leur grand avantage par rapport aux 
polymères synthétisés à partir du pétrole réside dans le fait qu'ils 
sont produits à partir de matières premières renouvelables et qu'en 
fin de vie ils peuvent être totalement dégradés par des champignons 
et des bactéries.
Actuellement on connaît plus 90 microorganismes 
qui accumulent dans leurs cellules des réserves de carbone et 
d'énergie sous forme de polyhydroxyalcanoates (PHA), qui sont des 
polyesters naturels. Ces PHA stockés sous formes de granules sont 
extraits, après séchage des cellules, par dissolution avec des 
solvants organiques pour être ensuite précipités à l'aide de 
méthanol ou d'éthanol. On obtient ainsi une masse polymère possédant 
des caractéristiques très spécifiques prête pour son utilisation 
dans les domaines les plus variés dans l'industrie et en médecine.
L'accumulation de PHA dans les cellules est maximale lorsque les 
bactéries sont cultivées sur des substrats contenant un excès de 
carbone, par exemple sous forme d'acides gras, et que simultanément 
on limite l'apport d'autres substances nutritives. Dans ces 
conditions, les microorganismes cessent de se multiplier pour 
commencer à produire du PHA. En utilisant différents mélanges de 
substrats de carbone et avec des conditions de croissance optimales, 
il est encore possible d'influencer la structure moléculaire des PHA 
et ainsi aussi les caractéristiques physiques du produit. Le type de 
microorganismes et les conditions de croissance dans le bioréacteur 
déterminent ainsi si le biopolymère obtenu sera hydrophobe, cassant, 
élastique ou encore collant.
Dans le but d'obtenir des biopolymères 
présentant des caractéristiques "sur mesure", les scientifiques de 
l'Empa procèdent à des études minutieuses de ces conditions de 
croissance. Seule la culture en continu dans un chémostat permet un 
contrôle total de la physiologie cellulaire. La connaissance exacte 
des mécanismes de la physiologie cellulaire et des possibilités de 
les influencer permet à cette équipe de chercheurs d'élaborer de 
nombreuses nouvelles recettes pour la biosynthèse bactérienne de 
PHA.
Les biopolymères obtenus avec ces recettes font l'objet d'une 
évaluation à la fois de leurs caractéristiques physiques et de leurs 
propriétés chimiques et biologiques. Pour ce qui est des 
caractéristiques physiques, les PHA à courte chaîne latérale 
(sclPHA) sont des thermoplastes qui pourraient s'utiliser pour des 
applications médicales et pour la production d'objets à usage unique 
(matériel de laboratoire, soins corporels). Les PHA à chaîne 
latérale moyenne (mclPHA) sont plus flexibles et moins cassants que 
les PHA à courte chaîne latérale et se prêtent eux aussi très bien, 
du fait de leur biocompatibilité et de leur biodégradabilité, à des 
applications médicales telles que les fils pour sutures, les 
substituts de peau, les implants, le gainage de nerfs après suture 
ainsi que pour la production d'artères, de veines et de valvules 
cardiaques artificielles.
Mais ce n'est pas tout: Les PHA présentent 
encore des propriétés chimiques qui permettent de les utiliser comme 
support pour d'autres substances. C'est ainsi que dans un avenir 
proche, il sera probablement possible d'inclure dans des implants 
des médicaments qui seront libérés peu à peu avec précision à mesure 
que l'implant se résorbera. L'Empa procède actuellement à des 
travaux de recherche in vitro sur cette application particulière.
Mais les PHA peuvent aussi s'utiliser pour des applications 
industrielles. Ainsi par exemple l'acide zostérique, un agent anti- 
moisissure non toxique tiré d'une plante, la zostère marine, 
pourrait être lié à un biopolymère. Ce biopolymère imprégné d'acide 
zostérique, sur lequel l'Empa mène aussi des travaux de recherche, 
pourrait s'utiliser comme agent d'imprégnation superficielle pour 
combattre les "biofilms" destructeurs des matériaux.
Rédaction: Martina Peter, Tél. 01/823 49 87, e-mail:  
martina.peter@empa.ch (Traduction en français: Jean-Pierre Emery)
Pour de plus amples informations:
- Empa, Lab. Matériaux biocompatibles, Dr Manfred Zinn, Tél. 071 274 
76 98, e-mail:  manfred.zinn@empa.ch
- Empa, Lab. Polymères fonctionnels, Dr Roland Hany, Tél. 01 823 40 
84, e-mail:  roland.hany@empa.ch

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