BioSym : Ingénierie des biofilms

Les travaux de recherche du thème Ingénierie des biofilms ont pour objectifs d’améliorer la compréhension fondamentale de communautés de microorganismes appelées biofilms, et d’optimiser leur mise en œuvre pour des applications dans les domaines de la santé, de l’énergie, de l’industrie et de l’environnement.

Biofilms électroactifs

L’étude des propriétés électrocatalytiques des biofilms microbiens sur les matériaux conducteurs est une thématique historique du département BioSyM qui a fait émerger au début des années 2000 le concept de la pile à combustible microbienne. L’originalité des activités de recherche est basée sur une approche globale et multi-échelle de ces systèmes biologiques complexes, uniquement possible grâce à la mobilisation de compétences pluridisciplinaires en génie des procédés, électrochimie, microbiologie et biochimie.

Nos travaux actuels visent :

• A développer des plateformes microfluidique et optique permettant d’investiguer les biofilms électroactifs directement à l’échelle microscopique
• A transposer le savoir-faire et les connaissances emmagasinés vers des systèmes électroactifs eucaryotes
• A intégrer les biofilms électroactifs dans des eco-procédés participant à la transition énergétique et écologique (bioénergie, biohydrogène, durabilité des matériaux industriels, captage et stockage du CO₂…)

Biocorrosion et bioprotection

La corrosion influencée par les micro-organismes (MIC), encore appelée biocorrosion, est un fléau qui touche les matériaux utilisés dans de nombreux domaines industriels : industries pétrolières, électriques, nucléaires, installations portuaires et off-shore, génie civil, agro-alimentaire … Il s’agit de l’accélération de la dégradation des matériaux conducteurs en présence d’un biofilm qui se développe à sa surface. Depuis plus de vingt ans, l’équipe est impliquée et reconnue sur cette thématique dans les réseaux de recherche nationaux et internationaux : coordination de plusieurs projets ANR, d’un programme européen Marie-Curie (FP7-PEOPLE-ITN-2008) – participation au COST Euro-MIC (CA20130).

Notre groupe est engagé dans la recherche des mécanismes intimes pour mieux reconnaître, évaluer et combattre les phénomènes de biocorrosion. Des avancées significatives ont été réalisées, montrant l’influence des acides faibles comme moteur de la corrosion anaérobie et alimentant le débat international sur le rôle des enzymes, en particulier l’hydrogénase, comme initiateur de biocorrosion. Actuellement, l’équipe développe de nouveaux projets autour de la biocorrosion/bioprotection des alliages d’aluminium en milieu marin : les modifications de surface induites par l’activité microbienne ont été identifiées comme base de biomimétisme pour proposer des technologies innovantes de revêtement (MICOATEC).

Biodétérioration des matériaux cimentaires

La problématique de la biodétérioration des bétons, et des autres matériaux cimentaires, est très complexe car d’une part le matériau cimentaire est un matériau chimiquement réactif et son évolution dépend de l’environnement chimique auquel il est soumis, et parce que, d’autre part,  les produits d’altération des matériaux cimentaires, dont la nature et la concentration peuvent évoluer au cours du temps, impactent l’activité microbiologique et la production biochimique d’agents réactifs avec les matériaux cimentaires. Les activités de recherche sur cette problématique sont réalisées en étroite collaboration avec des laboratoires experts en génie civil (LMDC, LGCgE) et nos travaux actuels visent entre autres à renforcer la durabilité des matériaux cimentaires vis-à-vis des agressions biologiques dans les secteurs marins (ports, éolien offshore), dans les unités de production de biogaz, et dans les centres de stockage des déchets radioactifs.

Optimisation de bioprocédés par la maîtrise des interactions cellules/surfaces

Cet axe développe des approches fondamentales pour étudier le comportement des microorganismes, en souches pures ou de consortia, dans un écosystème donné et leurs interactions avec les surfaces inertes en vue de leur mise en œuvre et l’optimisation de bioprocédés pour la production de molécules d’intérêt (projet Sunray), la lutte contre les biofilms indésirables (projet PlanctoniQS), ainsi que le développement de surfaces et matériaux possédant des propriétés promicrobiennes (projet Starwine) ou antimicrobiennes (ANR Bendis).

Compréhension des systèmes microbiens pathogènes et lutte contre les biofilms infectieux

Le laboratoire bénéficie d’une expertise solide dans l’étude et la caractérisation des comportements microbiens au sein des biofilms. Notre savoir-faire dans le développement de biofilms en souche pure (Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila) ou multi-espèces, nous permet de disposer de plusieurs modèles pertinents, nécessaires à l’étude des interactions mises en jeu lors de la formation et la maturation de biofilms, notamment dans le contexte des infections liées à la mucoviscidose. Parallèlement, notre équipe possède également un savoir-faire et une expertise forte dans la conception par modélisation moléculaire (docking) et la synthèse de nouvelles molécules ciblant le Quorum Sensing, afin de développer des outils chimiques permettant d’étudier les mécanismes mis en jeu au niveau moléculaire, en conditions statiques et dynamiques. L’objectif de ces travaux est de proposer des stratégies thérapeutiques innovantes de lutte contre les biofilms infectieux, basées sur l’inhibition du Quorum Sensing.