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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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MOTS-CLÉS
biopolymères microorganismes polyesters bactériens polyesters synthétisés biomédical santé
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Propriétés physico-chimiques et mécaniques des PHA
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1. Définition des PHA et bioplastiques
Les PHA (polyhydroxyalcanoates) sont des biopolymères accumulés au sein des cellules bactériennes sous forme de granules. Cette accumulation intervient lorsqu'un nutriment (source d'azote, de phosphate, oligo-éléments…) nécessaire à leur croissance devient limitant, cela en présence d'un excès de substrat carboné. Pour les microorganismes concernés, on peut aussi parler d'un déséquilibre nutritionnel favorisant la synthèse de ces molécules de réserve. « De réserve », car l'objectif pour la bactérie est bien de se constituer une réserve énergétique et nutritionnelle pour faire face à une situation prolongée défavorable à sa croissance. Cette synthèse est le fait de nombreuses bactéries (Gram positif et Gram négatif), de quelques cyanobactéries, mais aussi de rares cellules eucaryotiques. Près de 300 microorganismes ont été identifiés comme capables de synthétiser ces biopolymères. Mais à ce jour, seulement quelques uns ont le potentiel d'un développement industriel. Les PHA (PolyHydroxyAlcanoates) peuvent être divisés en trois catégories : les PHA scl (short chain length, ou courte chaîne) constitués d'acides hydroxyalcanoïques (HA) comptant jusqu'à cinq atomes de carbone, les PHA mcl (medium chain length, ou longueur de chaîne moyenne) dont les unités monomériques comptent de 6 à 12 atomes de carbone, et les PHA lcl (long chain length, ou longue chaîne) dont les unités constitutives comptent de 12 à 16 atomes de carbone. Les premiers PHA (scl ) sont rigides et cassants et entrent dans la catégorie des thermoplastiques, ce qui peut en limiter les applications, tandis que les deuxièmes et troisièmes (mcl et lcl ) entrent dans la catégorie des élastomères et adhésifs et offrent de plus grandes possibilités de développements. Il peut exister une quatrième catégorie de PHA, ceux portant des fonctions halogénées, époxydes, aromatiques, etc., répertoriés sous le terme PHA fcl ou PHA fonctionnalisés.
Suivant une note de position sur les bioplastiques publiée par le Conseil national de l'emballage, les PHA apparaissent comme étant biosourcés et biodégradables à l'instar d'autres polymères présentés dans la figure 1.
D'autres polymères biodégradables sont également obtenus par synthèse chimique à partir...
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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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