Laboratoire Ecosystèmes Microbiens et Molécules Marines pour les Biotechnologies

Le laboratoire: http://wwz.ifremer.fr/bacteries_marines/

Regardez le film de présentation des activités du laboratoire (cliquez sur l'image)

Enjeux

Aujourd'hui, les pays européens sont confrontés à de grands défis communs comme l'approvisionnement durable en nourriture et en énergie, le changement climatique et la préservation de l'environnement, le vieillissement de la population et la demande accrue en santé humaine ainsi que le ralentissement économique mondial. Les biotechnologies marines, qui se définissent comme l'utilisation des techniques et des connaissances de la biologie marine pour produire des biens et des services innovants, devraient apporter une contribution importante pour répondre à ces grands enjeux sociétaux.

La biodiversité des microorganismes marins constitue un énorme réservoir aujourd’hui sous exploré pour des applications biotechnologiques variées. Le laboratoire EM3B centre ses activités sur des collections uniques de bactéries marines (souchothèques Ifremer) pour des applications dans divers secteurs tels que la santé, la cosmétique, l'alimentation humaine et l'environnement.

 

Problématique

Le laboratoire EM3B s’attache à étudier les communautés bactériennes marines en ciblant  quatre questions scientifiques :

  • Quelles sont les communautés bactériennes (et leurs métabolismes) dans les écosystèmes marins ?
  • Quels sont les mécanismes de régulation et de signalisation liés aux interactions au sein de ces communautés ?
  • Est-il possible de contrôler ces communautés bactériennes ? (notamment pour assurer la sécurité alimentaire des produits marins)
  • Quelles sont les opportunités d’innovation pour les biotechnologies ou la bio-économie ?

Ces quatre questions sont déclinées pour des bactéries marines provenant de trois biotopes différents : les sources hydrothermales océaniques profondes, les bactéries associées aux microalgues ainsi que les bactéries isolées de matrices alimentaires marines.

EM3B contribue à la valorisation des souchothèques dans divers domaines d'application au travers de (i) l'utilisation des molécules issues du métabolisme bactérien, sous leur forme native purifiée, semi purifiée ou modifiée (polysaccharides, enzymes) ; (ii) l'utilisation des bactéries pour leur activité métabolique in situ (conservation des aliments, fermentations) ; (iii) la production de nouveaux composés antimicrobiens.

 

Compétences

Le laboratoire EM3B est composé de 18 salariés dont 12 cadres de recherche (4 HDR), 4 techniciens et 2 administratifs. Il forme régulièrement des stagiaires et accueille des doctorants et post-doctorants. Les salariés possèdent des compétences en microbiologie, biologie moléculaire, chimie analytique, biochimie, enzymologie, fermentation, analyse sensorielle, qui se conjuguent avec celles en science des aliments et biologie humaine.

 

Actions conduites

1) La biotechnologie des exopolysaccharides (EPS) marins

Les EPS sont produits en fermenteurs à partir des collections Ifremer. L’équipe développe des outils et compétences pour la purification et la préparation de ces EPS et de leurs dérivés (extraction, précipitation, ultrafiltration, chromatographies liquide et préparative …). La caractérisation structurale est réalisée avec en particulier la détermination de groupements fonctionnels et de la masse des EPS par des méthodes de glycochimie analytique (méthodes colorimétriques, chromatographies liquides et gazeuses couplées à la spectrométrie de masse, SEC/MALS, A4F/RI/MALS, HPAEC, chromatographie ionique …). La modification des EPS (dépolymérisation, fonctionnalisation) se fait par des procédés chimiques (dépolymérisation radicalaire, sulfatation…) pour obtenir principalement des "glycosaminoglycanes-mimétiques". De nouveaux outils de modification sont en cours de développement avec l’étude d’activités enzymatiques de dépolymérisation et de sulfatation.

Par ailleurs, l’équipe s’intéresse aux mécanismes de biosynthèse des glycopolymères afin de mieux en maîtriser la production. Cela passe par l’étude des génomes et des gènes des enzymes de biosynthèse avec l’utilisation de méthodes de bio-informatique et de biologie moléculaire (clonage, protéines recombinantes).

 

2) La biopréservation

Cette technologie «douce» de préservation des aliments consiste à utiliser des microorganismes sélectionnés pour empêcher le développement de bactéries indésirables comme les agents pathogènes pour l’homme ou les bactéries responsables de l'altération organoleptique. C'est une alternative à l'utilisation de conservateurs chimiques ou à d'autres traitements de décontamination. Les bactéries sélectionnées sont identifiées, caractérisées et produites en fermenteur. L'étude fine des mécanismes d'interaction entre les souches bioprotectrices et les souches cibles, et plus généralement entre différentes populations bactériennes, fait de plus en plus appel à des outils "omics" comme la génomique, la transcriptomique, la protéomique ou la métabolomique. Les applications industrielles nécessitent une bonne connaissance des écosystèmes microbiens des aliments, pour lesquels les nouveaux outils permettant de s'affranchir des milieux cultures sont développés (PCR-TTGE, T-RFLP, NGS) ainsi que des compétences en analyse sensorielle. Enfin, les effets des bactéries bioprotectrices sont optimisés en utilisant les outils de microbiologie prévisionnelle.

 

3) Les composés antimicrobiens

Une méthode de criblage haut-débit a été développée pour un screening fonctionnel des collections et a permis de mettre en évidence des bactéries produisant des composés antimicrobiens à spectre d’activité intéressant, qui pourraient trouver des applications dans divers secteurs comme la santé, l’environnement etc. Les molécules sont en cours de production pour être ensuite purifiées et caractérisées. Dans l’avenir, de nouvelles molécules antibactériennes seront ciblées via un processus de déréplication haut-débit. L’analyse des génomes et les outils de culturomique devraient permettre d’identifier et de stimuler des voies cryptiques de production de métabolites antimicrobiens.

 

Partenariat

Au niveau national : nombreuses universités et centres INRA, Station Biologique de Roscoff (CNRS), INSA, ONIRIS, ANSES Boulogne sur Mer ; à l'international : diverses universités et instituts en Grande Bretagne, Belgique, Canada, Norvège, Espagne, Islande, Nouvelle-ZélandeCertaines applications biotechnologiques sont développées en partenariat ou en sous-traitance avec des industriels ou des centres techniques, comme les centres de l'ACTIA ou le PARM (Martinique). EM3B est associé à l’Ecole Doctorale Mer et Littoral de la ComUE UBL. Il est partenaire ou membre de nombreux réseaux comme les RFI Bioregate et Food-for-Tomorrow (Pays de la Loire), Réseau GlycoOuest (Bretagne &Pays de la Loire), BiogenOuest, RMT FLOREPRO, WEFTA... et est adhérent à divers pôles de compétitivité.

 

Atouts et spécificités

L'Ifremer dispose de collections de bactéries marines uniques en France, présentant des caractéristiques originales comme des croissances à hautes ou basses températures, sous forte contrainte de pression ou de salinité. Le laboratoire a développé des compétences et un savoir-faire dans :

  • la production, l’extraction, la purification et la caractérisation d’EPS bactériens
  • les procédés de modification des EPS pour obtenir des dérivés fonctionnels avec un fort potentiel de valorisation en santé humaine
  • les voies de biosynthèse des EPS produits par les bactéries de la souchothèque Ifremer
  • le procédé de biopréservation, depuis la sélection de souches jusqu’à leur application dans les aliments
  • les écosystèmes microbiens des produits de la mer en lien avec leur qualité et leur sécurité
  • les mécanismes d'interactions bactériennes
  • la recherche de composés antimicrobiens d’origine bactérienne (approche fonctionnelle et, à terme, métabolomique et déréplication)
  • le transfert de procédés aux échelles pilote et industrielle.