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  • Génie enzymatique et cellulaire (GEC) – UMR CNRS 7025

    Occu­pant une place de choix dans le pay­sage de la recherche fran­çaise, le labo­ra­toire GEC joue un rôle fédé­ra­teur des recherches en bio­lo­gie au niveau de la région Hauts-de-France, en asso­ciant, au sein d’une même uni­té, l’UTC et l’université de Picar­die Jules Verne à Amiens (UPJV). À mi-che­min entre la bio­lo­gie et la chi­mie, l’unité est rat­ta­chée aux ins­ti­tuts des sciences bio­lo­giques et de chi­mie du CNRS.

    Objectifs

    Les recherches menées au sein de l’u­ni­té GEC s’ap­puient sur le pos­tu­lat que les solu­tions aux défis scien­ti­fiques majeurs se trouvent dans la nature. Elles com­binent trois approches : l’u­ti­li­sa­tion des bio­res­sources, la bioins­pi­ra­tion et le bio­mi­mé­tisme.

    Forte de son exper­tise en bio­tech­no­lo­gie recon­nue inter­na­tio­na­le­ment, l’u­ni­té GEC déve­loppe dif­fé­rents modèles, de niveaux de com­plexi­té variés, pour expli­quer la dyna­mique des phé­no­mènes bio­lo­giques et pro­po­ser des solu­tions inno­vantes répon­dant à des pro­blé­ma­tiques scien­ti­fiques et socié­tales.

    Les acti­vi­tés de l’u­ni­té GEC s’ar­ti­culent ain­si natu­rel­le­ment entre l’ex­ploi­ta­tion des bio­res­sources et du méta­bo­lisme végé­tal et la créa­tion de maté­riaux bioins­pi­rés ou de mimes molé­cu­laires des­ti­nés à la recon­nais­sance.

    Équipes et thèmes de recherche

    Le GEC réunit 2 grands thèmes tout en déve­lop­pant des acti­vi­tés trans­ver­sales :

    Thème Métabolisme végétal et bioressources

    Ce thème aborde un ensemble d’as­pects scien­ti­fiques liés notam­ment à la connais­sance des sys­tèmes lipi­diques, dans le but d’a­mé­lio­rer la pro­duc­tion d’huiles végé­tales et/ou de pro­duire des acides gras inha­bi­tuels, et à la valo­ri­sa­tion des bio­res­sources par trai­te­ment rai­son­né de la bio­masse, pro­fi­tant ain­si plei­ne­ment de son ancrage dans le ter­ri­toire picard. En ce sens, les recherches tirent des béné­fices de la plante entière pour iden­ti­fier des pro­cé­dés ori­gi­naux éco­res­pon­sables, dont les pro­duits finaux sont valo­ri­sables en bio­raf­fi­ne­rie. Émergent éga­le­ment, dans ce thème, d’autres centres d’in­té­rêt qui sus­citent actuel­le­ment une atten­tion crois­sante : l’é­tude des inter­ac­tions hôte-patho­gène et des méca­nismes de défense de la plante, ain­si que l’é­tude de l’im­pact des chan­ge­ments cli­ma­tiques sur le méta­bo­lisme lipi­dique.

    Thème Biomimétisme et diversité biomoléculaire

    Dans ce thème se com­plètent deux approches, cen­trées autour du bio­mi­mé­tisme et de la bioins­pi­ra­tion : la pre­mière approche déve­loppe un ensemble de tech­no­lo­gies ayant pour but de géné­rer arti­fi­ciel­le­ment de la diver­si­té molé­cu­laire pour y pui­ser des bio-com­po­sés d’in­té­rêt capables d’in­te­ra­gir avec une cible iden­ti­fiée. Les diver­si­tés mesu­rées peuvent atteindre plus d’un mil­liard, ce qui, dans le cas des anti­corps par exemple, se rap­proche de la diver­si­té natu­relle géné­rée par le sys­tème immu­ni­taire. La seconde approche déve­loppe des maté­riaux fonc­tion­nels nano­struc­tu­rés dédiés à la recon­nais­sance molé­cu­laire. Ces maté­riaux, dont les per­for­mances de recon­nais­sance sont com­pa­rables à celles des anti­corps, couvrent tous les domaines d’ap­pli­ca­tion (san­té, agro-ali­men­taire…) et peuvent éga­le­ment s’in­té­grer dans des études fon­da­men­tales.

    Partenariats académiques

    Ins­ti­tut natio­nal de la san­té et de la recherche médi­cale (INSERM), Ins­ti­tut natio­nal de la recherche agro­no­mique (INRA), Lund Uni­ver­si­ty (Suède), Queen Mary Uni­ver­si­ty (Londres, Royaume-Uni), uni­ver­si­té de Picar­die Jules Verne (Amiens)…

    Projets

    Le labo­ra­toire déve­loppe des pro­jets en col­la­bo­ra­tion avec d’autres par­te­naires aca­dé­miques en France et à l’é­tran­ger, en par­ti­cu­lier sur l’ITE PIVERT.

    Projet région Hauts-de-France

    Les maté­riaux bio­dé­gra­dables d’o­ri­gine natu­relle ou syn­thé­tique ont un rôle de plus en plus impor­tant dans notre socié­té, dans l’emballage, l’a­gri­cul­ture ou la méde­cine. Ain­si, l’é­quipe tra­vaille sur les sys­tèmes de vec­to­ri­sa­tion qui s’o­rientent actuel­le­ment vers des maté­riaux bio­dé­gra­dables, capables d’in­te­ra­gir spé­ci­fi­que­ment avec des cibles, et d’ac­ti­vi­tés modu­lables ou contrô­lables.

    Dans le pro­jet BIOMIP, l’é­quipe pro­pose une nou­velle approche pour déve­lop­per des maté­riaux poly­mé­riques bio­dé­gra­dables par voie enzy­ma­tique. Ce pro­jet vise à conce­voir et déve­lop­per de nou­veaux maté­riaux mul­ti­fonc­tion­nels à des fins bio­mé­di­cales ou envi­ron­ne­men­tales.

    Projets ITE PIVERT, programme Genesys

    › ANOI a pour objec­tif de déter­mi­ner l’i­den­ti­fi­ca­tion et la clas­si­fi­ca­tion des plantes oléa­gi­neuses d’in­té­rêt, puis d’a­mé­lio­rer la pro­duc­ti­vi­té des cultures oléa­gi­neuses de quatre plantes modèles.

    › Meta­Lip­Pro-PL1 consti­tue une phase d’ac­qui­si­tion de connais­sances qui per­met de com­plé­ter nos connais­sances du méta­bo­lisme lipi­dique à la fois chez les plantes et chez les levures. Il s’a­git aus­si d’é­ta­blir les bases en vue de déve­lop­per une pla­te­forme pilote pour la pro­duc­tion de lipides et leur extrac­tion.

    › Le tra­vail pro­po­sé et qui sera déve­lop­pé dans le Pro­jet 5 VARIA-PRO per­met­tra d’é­ta­blir des bases sur les asso­cia­tions varié­tés / envi­ron­ne­ment pédo­cli­ma­tique, de suivre l’é­vo­lu­tion des carac­tères d’in­té­rêt sélec­tion­nés au cours du temps et de trou­ver, à terme, des solu­tions de pro­tec­tions effi­caces des cultures.

    › COPIBIOM, sur une durée de 3 ans et en coopé­ra­tion avec le labo­ra­toire TIMR, l’UP­JV et le Centre de valo­ri­sa­tion de glu­cides (CVG, Amiens), vise la carac­té­ri­sa­tion et l’é­tude des nou­veaux pré­trai­te­ments de la bio­masse ligno-cel­lu­lo­sique humide et sèche.

    Projet européen

    SAMOSS per­met d’a­mé­lio­rer le déve­lop­pe­ment de bio­cap­teurs en com­bi­nai­son avec les tech­niques de détec­tion opto­chi­mique dans les domaines d’ap­pli­ca­tion et par une plus large dif­fu­sion de la connais­sance. SAMOSS va créer un centre euro­péen d’ex­cel­lence pour la for­ma­tion de jeunes cher­cheurs dans la recherche et le déve­lop­pe­ment de bio­cap­teurs adap­tés aux appli­ca­tions dans la méde­cine, les tech­no­lo­gies de l’a­li­men­ta­tion et bois­sons ain­si qu’aux ques­tions envi­ron­ne­men­tales.

    Projets ANR

    › Le pro­jet HOLOSENSE vise à déve­lop­per des bio­cap­teurs holo­gra­phiques basés sur des poly­mères bio­mi­mé­tiques à empreintes molé­cu­laires (MIP) comme élé­ments de recon­nais­sance. Les MIP sont des récep­teurs syn­thé­tiques avec des affi­ni­tés et sélec­ti­vi­tés qui sont com­pa­rables à ceux des anti­corps ou enzymes, mais avec une sta­bi­li­té net­te­ment plus grande. Ils sont obte­nus en poly­mé­ri­sant des mono­mères en pré­sence d’une molé­cule « tem­plate » (équi­valent au gaba­rit d’un moule). Ce type de cap­teur éco­no­mique et stable, basé sur un MIP comme élé­ment de recon­nais­sance et sur un holo­gramme comme trans­duc­teur, a beau­coup de poten­tiel pour des ana­lyses dans les domaines du bio­mé­di­cal, de l’a­gro-ali­men­taire et de l’en­vi­ron­ne­ment, dans l’in­dus­trie et même dans la vie cou­rante.

    › Le pro­jet AcCat­Pat porte sur l’é­tude des anti­corps dotés de pro­prié­tés cata­ly­tiques. Il com­prend l’a­na­lyse de la per­ti­nence phy­sio­pa­tho­lo­gique des anti­corps cata­ly­tiques chez l’hu­main, l’i­den­ti­fi­ca­tion des gènes V qui codent des anti­corps ayant une acti­vi­té cata­ly­tique, et le déve­lop­pe­ment d’ou­tils de recherche dédiés à déchif­frer la struc­ture molé­cu­laire des anti­corps cata­ly­tiques, l’on­to­ge­nèse et les pro­ces­sus de sélec­tion des lym­pho­cytes B qui les pro­duisent.

    › Le pro­jet PT-Flax four­nit de nou­velles infor­ma­tions géno­miques détaillées sur les fibres et graines de lin et une impor­tante res­source bio­lo­gique (base de don­nées phé­no­ty­piques et plate-forme de TILLinG) qui se révé­le­ra extrê­me­ment utile dans les futurs pro­jets de lin géno­mique.

    Projet Sorbonne Université

    Les micro­cys­tines (MC) sont des méta­bo­lites secon­daires sécré­tés par des cya­no­bac­té­ries, orga­nismes pou­vant pro­li­fé­rer dans les milieux aqua­tiques. Les MC sont toxiques pour les orga­nismes aqua­tiques, les ani­maux ter­restres et les humains, dès lors qu’elles sont en concen­tra­tion éle­vée dans les eaux de consom­ma­tion. Ce constat a conduit l’Or­ga­ni­sa­tion mon­diale de la san­té (OMS) à éta­blir des valeurs seuils de conta­mi­na­tion. Pour res­pec­ter ces seuils, des tech­niques de détec­tion doivent être mises en place. Les approches actuelles pré­sentent des limites que les immu­no­tech­no­lo­gies pour­raient dépas­ser.

    Ain­si, le pro­jet SelAcMC vise à sélec­tion­ner des frag­ments d’an­ti­corps diri­gés contre les micro­cys­tines, pour la mise au point de tests d’im­mu­no­dé­tec­tion dans les éco­sys­tèmes. L’ap­proche prin­ci­pale de ce pro­jet repose sur l’ex­ploi­ta­tion de la tech­no­lo­gie du Phage Dis­play afin d’i­den­ti­fier une ou plu­sieurs séquences d’an­ti­corps sus­cep­tibles de recon­naître spé­ci­fi­que­ment l’un des variants les plus répan­dus de la MC. Une approche paral­lèle de ratio­na­li­sa­tion par modé­li­sa­tion molé­cu­laire et bio­in­for­ma­tique est éga­le­ment envi­sa­gée.

    Zoom sur deux projets

    Ce sont les rois du mou­lage, mais à l’é­chelle des molé­cules. L’é­quipe de Kars­ten Haupt du labo­ra­toire Génie enzy­ma­tique et cel­lu­laire (GEC) s’est spé­cia­li­sée dans la fabri­ca­tion de poly­mères par impres­sion molé­cu­laire.

    « Nous mou­lons de la résine autour d’une molé­cule cible, une molé­cule que l’on sou­haite blo­quer ou inhi­ber par exemple. La forme obte­nue va fonc­tion­ner ensuite comme un anti­corps, molé­cule natu­relle qui assure la défense immu­ni­taire de notre orga­nisme et qui vient se fixer sur une cible pour la neu­tra­li­ser. »

    Ces poly­mères syn­thé­tiques peuvent ensuite rem­pla­cer les anti­corps dans leur usage habi­tuel avec cer­tains avan­tages : « Les poly­mères sont plus stables que les anti­corps à tem­pé­ra­ture ambiante, sou­ligne Kars­ten Haupt. Et par­fois, il est très dif­fi­cile de fabri­quer des anti­corps lorsque les molé­cules cibles sont trop petites. » L’é­quipe du GEC réus­sit même à fabri­quer des par­ti­cules de poly­mères réti­cu­lés de très petites tailles, de quelques nano­mètres : « nous tra­vaillons à l’é­chelle des nano­par­ti­cules, ce qui les rend solubles et nous per­met d’ob­te­nir des pro­prié­tés nou­velles. »

    En 2004, une start-up, Poly­In­tell, est née dans le sillage de ces tra­vaux. Elle four­nit des kits pour les ana­lyses bio­mé­di­cales et agro-ali­men­taires. « Les poly­mères peuvent, par exemple, mettre en évi­dence des myco­toxines dans les pro­duits ali­men­taires. » Les poly­mères à empreintes sont éga­le­ment très pré­cieux pour sépa­rer deux molé­cules proches par la struc­ture. « Dans le domaine phar­ma­ceu­tique, beau­coup de médi­ca­ments ont deux formes très proches appe­lées énan­tio­mères : l’une thé­ra­peu­tique et l’autre par­fois dan­ge­reuse pour la san­té » Grâce à son empreinte ultra-pré­cise, le poly­mère va réus­sir à faire la dif­fé­rence entre les deux.

    Enfin, l’é­quipe de Kars­ten Haupt étu­die l’u­sage du poly­mère direc­te­ment comme médi­ca­ment. « On moule la résine sur une enzyme. Ce poly­mère devien­dra un inhi­bi­teur qui agi­ra comme un anti­corps diri­gé contre l’en­zyme. » Avec l’a­van­tage de pou­voir agir de façon ultra-ciblée, ce qui évite les effets secon­daires. De plus, alors que les anti­corps injec­tés peuvent être rapi­de­ment dégra­dés par d’autres enzymes, le poly­mère est moins atta­quable et reste plus long­temps et en plus grand nombre dans le corps. Reste à savoir com­ment il est éli­mi­né de l’en­vi­ron­ne­ment. « Nous tra­vaillons à la fabri­ca­tion de résine à base de molé­cules bio­lo­giques d’o­ri­gine végé­tale, qui sont bio­dé­gra­dables. »

    D’un côté, il existe les anti­corps, ces pro­téines pro­duites par le sys­tème immu­ni­taire en réponse à une attaque exté­rieure. « Chaque indi­vi­du peut pro­duire plus de mille mil­liards d’an­ti­corps dif­fé­rents », confirme Alain Fri­bou­let, direc­teur du labo­ra­toire de Génie enzy­ma­tique et cel­lu­laire (GEC) de l’UTC. La struc­ture de ces anti­corps forme un beau Y. De l’autre côté, les enzymes – des molé­cules beau­coup moins nom­breuses que les anti­corps – ont la capa­ci­té d’ac­cé­lé­rer les réac­tions chi­miques au cœur de la cel­lule. « Notre objec­tif a été de faire acqué­rir aux anti­corps la capa­ci­té de bio­ca­ta­lyse des enzymes afin de pro­fi­ter de leur très grande diver­si­té. »

    Pour­quoi une telle recherche ? Les enzymes sont en nombre limi­té. Or, pour cer­taines tâches, par exemple le « net­toyage » de cer­tains sols conta­mi­nés par des pes­ti­cides, nous ne pos­sé­dons pas les enzymes capables de dégra­der ces molé­cules. Autre inté­rêt majeur, les anti­corps sont propres aux sys­tèmes immu­ni­taires des mam­mi­fères. Leur don­ner de nou­velles pos­si­bi­li­tés d’ac­tion via les enzymes, c’est ouvrir la voie à de nou­veaux trai­te­ments.

    « À l’UTC, nous avons ima­gi­né une méthode réel­le­ment logique pour abou­tir. » Sché­ma­ti­que­ment, les bio­lo­gistes de l’UTC avancent par sys­tème d’empreintes suc­ces­sives en fai­sant pro­duire le tout par des sou­ris. « Il s’a­git de trans­fé­rer la machi­ne­rie de l’en­zyme dans le site de fixa­tion de l’an­ti­corps.  » Une fois le gène de l’an­ti­corps cata­ly­tique récu­pé­ré, on peut le repro­duire en quan­ti­té, d’où l’a­van­tage du sys­tème bio­lo­gique.

    En avan­çant dans ses recherches, l’é­quipe de l’UTC a vu que la nature les avait devan­cés. « Dans le cas de mala­dies auto-immunes comme la sclé­rose en plaque, cer­tains anti­corps qui s’at­taquent à la myé­line du sys­tème ner­veux sont cata­ly­tiques », remarque Alain Fri­bou­let. Cette décou­verte ouvre de nom­breuses pistes pour agir en pro­tec­tion dans les mala­dies en recher­chant des anti­corps de pro­tec­tion. Un nombre constant de gref­fés du rein font un rejet après deux ans en rai­son d’une nécrose des vais­seaux autour du gref­fon. « On a détec­té chez ceux qui ne fai­saient pas de rejet la pré­sence d’an­ti­corps cata­ly­tiques. » Il y a donc un moyen d’a­voir une méthode diag­nos­tique sur la pré­sence ou non d’an­ti­corps cata­ly­tiques et d’a­gir en amont sur la coa­gu­la­tion du sang. Concer­nant la sclé­rose en plaque, les cher­cheurs de l’UTC col­la­borent avec des orga­nismes de recherche russes. Des études sur l’hé­mo­phi­lie acquise sont éga­le­ment en cours avec une équipe Inserm de l’Ins­ti­tut des Cor­de­liers.

    Contact et documentation

    Contacts de la recherche à l’UTC

    Directeur du laboratoire GEC

    Karsten Haupt

    +33 (0)3 44 23 44 55

    Pla­quette de la recherche à l’UTC

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