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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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Polyhydroxyalkanoates (PHAs) belong to a class of bioderived polyesters. They are produced by a large number of microorganisms for energy storage purposes. Through the use of different carbon substrates, culture conditions and careful selection of bacterial species a large variety of such biopolymers can be reached. Due to specific properties such as biodegradability and biocompatibility PHA are expected to find applications in biomedical area in the near future. Due to its large and still unknown biodiversity, marine environment suggested itself as a source of novel PHA producing microorganisms.
Auteur(s)
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Jean GUEZENNEC : Consultant scientifique Plouzané (France), AiMB (Advices in Marine Biotechnology)
-
Yves-Marie CORRE : Ingénieur de recherche, Laboratoire d"ingénierie des matériaux de Bretagne (LIMATB) Université de Bretagne Sud Lorient (France)
-
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
KEYWORDS
biopolymers | microorganisms | bacterial polyesters | bioderived polyesters | biomedical | healthcare
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Propriétés physico-chimiques et mécaniques des PHA
La famille des PHA est vaste et la gamme de propriétés afférentes est donc large. La structure chimique de ces polyesters varie en fonction du couple substrat/bactérie utilisé et des conditions de fermentation. Comme pour tout polymère, cette composition va orienter, dans un premier lieu, le caractère amorphe ou cristallin du matériau. Et au même titre que la masse macromoléculaire, la nature cristallographique du polymère influe ainsi sur l'ensemble des propriétés physiques à l'état solide.
2.1 Propriétés thermiques
Les PHA présentent des propriétés thermiques spécifiques en fonction de leur composition monomérique. D'une manière générale, plus le motif carboné est court, plus la fraction cristallisable du polymère est importante. L'encombrement stérique lié à la longueur des chaînes latérales va en effet déterminer la cristallinité du matériau. La température de transition vitreuse des PHA se trouve également dépendante de cette structure chimique. Il est ainsi possible d'obtenir des PHA aux comportements allant de celui d'un élastomère à celui d'un thermoplastique hautement cristallin. Dans le cas de copolymères, la contribution de chaque unité monomérique influe sur les propriétés finales. La cristallinité importante du P(3HB) est ainsi réduite par la présence de monomères de type 3HV (3-hydroxyvalérate) même en faible quantité.
HAUT DE PAGE2.2 Propriétés mécaniques
Ces biopolymères présentent également une large gamme de propriétés mécaniques en lien avec la diversité de structures biosynthétisables. Le caractère amorphe ou semi-cristallin du polymère joue un rôle prépondérant sur le comportement mécanique du matériau. Concernant les propriétés mécaniques de PHA disponibles commercialement, il en ressort qu'outre des structures monomériques proches, l'utilisation d'additifs minéraux ou chimiques (polyéthylène glycol, alkyl citrates, etc.) permet d'élargir sensiblement la gamme de propriétés mécaniques atteignables (tableau 1).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
-
(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 and molecular genetics...
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