Introduction
Polysaccharides
Polyamides, polyesters et polyphosphates
Biomolécules fonctionnelles
Les références
Dans la nature, la synthèse de biopolymères permet aux colonies bactériennes de générer des biofilms protecteurs qui permettent de partager les ressources profondément dans le centre autrement pauvre en nutriments, rendant l’infection nettement plus persistante. Cependant, les biopolymères bactériens possèdent plusieurs propriétés intrigantes avec des applications utiles en biomédecine, et à cette fin, les usines de biopolymères contenant des bactéries conçues pour optimiser la production sont de plus en plus utilisées dans l’industrie pharmaceutique.
Il est important de noter que les bactéries sont adaptées pour générer un biofilm dans des conditions spécifiques à la souche, permettant aux bactéries des usines de biopolymères d’être manipulées en production. Par exemple, certaines bactéries produisent mieux des biofilms dans des environnements à fort cisaillement, comme dans les vaisseaux sanguins, tandis que d’autres préfèrent des conditions stagnantes.
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Polysaccharides
Les polysaccharides sont produits par une gamme variée de bactéries qui les stockent à l’intérieur de la cellule ou les sécrètent pour contribuer au biofilm. De nombreuses souches bactériennes pathogènes démontrent un passage à un mode de vie sessile lors de leur incorporation dans la matrice du biofilm, qui protège les bactéries des cellules phagocytaires lors de l’infection et favorise une maladie chronique.
Les polysaccharides fournissent une barrière physique aux cellules phagocytaires au-delà de la structure physique de la molécule elle-même ; Par exemple, Pseudomonas aeruginosa incorpore de l’alginate dans son biofilm, qui absorbe fortement l’eau pour fournir un plus grand obstacle physique. Ces biopolymères ont des applications en tant qu’hydrogels biocompatibles et autres types de films, qui sont utilisés pour améliorer la biodisponibilité de médicaments peu solubles ou pour d’autres applications spécifiques d’administration de médicaments. Outre plusieurs applications cosmétiques commerciales, ils peuvent également être utilisés comme pansements et implants chirurgicaux.
Les bactéries incorporent également des composants chimiques de défense dans le biofilm, c’est pourquoi les bactéries pathogènes humaines présentent un grand intérêt dans les polymères biomédicaux. Par exemple, Streptococcus pyogènes produire un hétéropolysaccharide linéaire chargé négativement avec une structure similaire à l’hyaluronate humain, tandis que Neisseria meningitidis produit un polysaccharide contenant de l’acide sialique, qui masquent tous deux les bactéries envahissantes des cellules phagocytaires de l’hôte humain. Les polysaccharides sont difficiles à fabriquer synthétiquement avec un poids moléculaire aussi élevé, et la production par des bactéries est actuellement le seul moyen d’en obtenir beaucoup en quantité raisonnable. L’hyaluronate est déjà disponible dans le commerce pour la gestion de la douleur arthritique, produit par Streptococcus zooepidemicus.
Polyamides, polyesters et polyphosphates
Les polyamides possèdent également de nombreuses applications potentielles en tant qu’implants chirurgicaux biocompatibles ou pansements, car dans la nature, ils sont généralement incorporés dans le biofilm pour aider à l’évitement immunitaire. Les polyamides issus de bactéries sont également utilisés à la place des polymères de synthèse chimique comme alternative biodégradable et renouvelable. Les polyesters ont de même des applications dans l’industrie pour remplacer la fabrication de polymères à base d’huile, étant généralement des structures plus rigides.
En biomédecine, les polyesters issus de bactéries ont été utilisés comme plateformes de délivrance biocompatibles de médicaments et de biomolécules fonctionnelles telles que les enzymes. Fait intéressant, les bactéries modifiées ont été capables de produire des polyesters déjà recouverts de la protéine d’intérêt, ouvrant des applications presque illimitées dans l’immunodiagnostic, la production de vaccins, la thérapie protéique, la fabrication de protéines recombinantes, etc.
Les bactéries génèrent des polyphosphates comme forme de stockage d’énergie qui peuvent être utilisées par plusieurs processus métaboliques dans les cellules et peuvent être stockées en interne ou contribuer au biofilm pour fournir des nutriments aux cellules voisines. Ils interagissent fortement avec les espèces chargées positivement, y compris les ions inorganiques tels que Fe2+ et K+, et ont donc des applications intrigantes dans l’élimination des métaux lourds de l’environnement et au cours des processus industriels. Cette propriété peut être utilisée dans des applications biomédicales telles que la reminéralisation osseuse si elle est incorporée dans un hydrogel contenant du Ca2+ ou en tant que composant de nanomatériaux et de polymères chirurgicaux à des fins de renforcement ou de chélation.
Les polyphosphates jouent également divers rôles dans les processus cellulaires fondamentaux tels que la motilité et l’expression génique, ayant évolué pour remplir de nombreux rôles, et ainsi les polyphosphates provenant de souches spécifiques de bactéries peuvent avoir des applications particulières en dehors de l’utilisation générale.
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Biomolécules fonctionnelles
Certaines bactéries sécrètent de l’ADN dans le biofilm, où sa charge fortement négative peut assurer la stabilité et favoriser l’adhésion cellulaire, agissant également comme source de nutriments et remplissant la fonctionnalité de signalisation dans certains cas. L’ADN a été largement exploré en tant que composant de biomédecine avec de nombreuses applications, et ainsi la production de masse d’un brin spécifié à partir d’une culture bactérienne est très avantageuse pour la recherche et l’utilisation clinique. L’ADN est un lieur utile pour les nanomatériaux, fournissant une attache accordable, biocompatible et séparable sur laquelle des médicaments ou des biomolécules fonctionnelles peuvent être greffés.
En outre, l’ADN lui-même peut être utilisé comme agent thérapeutique s’il peut être administré dans la cellule cible, corrigeant ou favorisant le bon fonctionnement cellulaire. De même, les protéines sont des biopolymères construits à partir de monomères d’acides aminés dans un ordre et une orientation très spécifiques à l’aide d’une machinerie cellulaire qui a de nombreuses applications dans la clinique et la recherche biomédicale. Les bactéries ont été conçues pour produire une grande variété de protéines recombinantes fonctionnelles qui sont régulièrement utilisées dans la recherche biomédicale et la clinique.
