Substance polymère extracellulaire - Extracellular polymeric substance

Formation d'une matrice de substance polymère extracellulaire dans un biofilm

Les substances polymériques extracellulaires ( EPS ) sont des polymères naturels de haut poids moléculaire sécrétés par des micro-organismes dans leur environnement. Les EPS établissent l'intégrité fonctionnelle et structurelle des biofilms et sont considérés comme le composant fondamental qui détermine les propriétés physicochimiques d'un biofilm.

Les EPS sont principalement composés de polysaccharides (exopolysaccharides) et de protéines, mais comprennent d'autres macromolécules telles que l' ADN , les lipides et les substances humiques . Les EPS sont le matériau de construction des colonies bactériennes et restent attachés à la surface externe de la cellule ou sont sécrétés dans son milieu de croissance. Ces composés sont importants dans la formation du biofilm et l'attachement des cellules aux surfaces. Les EPS constituent 50 à 90 % de la matière organique totale d'un biofilm.

Les exopolysaccharides (également parfois abrégés EPS ; les sucres EPS par la suite) sont les parties à base de sucre des EPS. Les micro-organismes synthétisent un large spectre de polysaccharides multifonctionnels, notamment des polysaccharides intracellulaires, des polysaccharides structurels et des polysaccharides ou exopolysaccharides extracellulaires. Les exopolysaccharides sont généralement constitués de monosaccharides et de certains substituants non glucidiques (tels que l' acétate , le pyruvate , le succinate et le phosphate ). En raison de la grande diversité de composition, les exopolysaccharides ont trouvé diverses applications dans diverses industries alimentaires et pharmaceutiques. De nombreux sucres microbiens EPS offrent des propriétés presque identiques aux gommes actuellement utilisées. Avec des approches innovantes, des efforts sont en cours pour remplacer les gommes végétales et algales traditionnellement utilisées par leurs homologues microbiennes. De plus, des progrès considérables ont été réalisés dans la découverte et le développement de nouveaux sucres EPS microbiens possédant de nouvelles applications industrielles. Il a été rapporté que le levan produit par Pantoea agglomerans ZMR7 diminuait la viabilité des cellules du rhabdomyosarcome (RD) et du cancer du sein (MDA) par rapport aux cellules cancéreuses non traitées. De plus, il a une activité antiparasitaire élevée contre le promastigote de Leishmania tropica.

Fonction

Les exopolysaccharides capsulaires peuvent protéger les bactéries pathogènes contre la dessiccation et la prédation, et contribuer à leur pathogénicité. Les bactéries présentes dans les biofilms sont moins vulnérables que les bactéries planctoniques, car la matrice EPS est capable d'agir comme une barrière de diffusion protectrice. Les caractéristiques physiques et chimiques des cellules bactériennes peuvent être affectées par la composition de l'EPS, influençant des facteurs tels que la reconnaissance cellulaire, l'agrégation et l'adhésion dans leur environnement naturel. De plus, la couche EPS agit comme un piège à nutriments, facilitant la croissance bactérienne.

Les exopolysaccharides de certaines souches de bactéries lactiques, par exemple Lactococcus lactis subsp. cremoris, apportent une texture gélatineuse aux produits laitiers fermentés (par exemple, Viili ), et ces polysaccharides sont également digestibles. Un exemple d'utilisation industrielle des exopolysaccharides est l'application de dextran dans le panettone et d'autres pains dans l'industrie de la boulangerie.

Écologie

Les exopolysaccharides peuvent faciliter la fixation des bactéries fixatrices d' azote aux racines des plantes et aux particules du sol, ce qui induit une relation symbiotique. Ceci est important pour la colonisation des racines et de la rhizosphère , qui est un élément clé des réseaux trophiques du sol et du cycle des nutriments dans les écosystèmes. Il permet également une invasion et une infection réussies de la plante hôte.

Les substances polymères extracellulaires bactériennes peuvent aider à la biorestauration des métaux lourds car elles ont la capacité d'adsorber les cations métalliques, entre autres substances dissoutes. Cela peut être utile dans le traitement des systèmes d'eaux usées, car les biofilms sont capables de se lier et d'éliminer des métaux tels que le cuivre, le plomb, le nickel et le cadmium. L'affinité de liaison et la spécificité métallique des EPS varient en fonction de la composition du polymère ainsi que de facteurs tels que la concentration et le pH.

Dans un contexte géomicrobiologique , il a été observé que les EPS affectent la précipitation des minéraux, en particulier des carbonates . L'EPS peut également se lier à et piéger les particules dans les suspensions de biofilm, ce qui peut restreindre la dispersion et le cycle des éléments. La stabilité des sédiments peut être augmentée par l'EPS, car elle influence la cohésion, la perméabilité et l'érosion des sédiments. Il est prouvé que l'adhérence et la capacité de liaison aux métaux du PSE affectent les taux de lixiviation des minéraux dans des contextes environnementaux et industriels. Ces interactions entre l'EPS et l'environnement abiotique permettent à l'EPS d'avoir un impact important sur le cycle biogéochimique .

Les interactions prédateur-proie entre les biofilms et les bactériivores, comme le nématode du sol Caenorhabditis elegans, avaient été largement étudiées. Via la production de matrice collante et la formation d'agrégats, les biofilms de Yersinia pestis peuvent empêcher l'alimentation en obstruant la bouche de C. elegans. De plus, les biofilms de Pseudomonas aeruginosa peuvent entraver la motilité ondulante de C. elegans, appelée «phénotype du bourbier», entraînant le piégeage de C. elegans dans les biofilms et empêchant l'exploration des nématodes pour se nourrir de biofilms sensibles. Cela a considérablement réduit la capacité des prédateurs à se nourrir et à se reproduire, favorisant ainsi la survie des biofilms.

Nouvelle utilisation industrielle

En raison du besoin croissant de trouver une alternative plus efficace et plus respectueuse de l'environnement aux méthodes conventionnelles d'élimination des déchets, les industries accordent plus d'attention à la fonction des bactéries et de leurs sucres EPS dans la bioremédiation .

Les chercheurs ont découvert que l'ajout de sucres EPS provenant de cyanobactéries aux eaux usées élimine les métaux lourds tels que le cuivre, le cadmium et le plomb. Seuls les sucres EPS peuvent interagir physiquement avec ces métaux lourds et les absorber par biosorption . L'efficacité d'élimination peut être optimisée en traitant les sucres EPS avec différents acides ou bases avant de les ajouter aux eaux usées. Certains sols contaminés contiennent des niveaux élevés d' hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP); Les EPS de la bactérie Zoogloea sp . et le champignon Aspergillus niger , sont efficaces pour éliminer ces composés toxiques. Les EPS contiennent des enzymes telles que l' oxydoréductase et l' hydrolase , qui sont capables de dégrader les HAP. La quantité de dégradation des HAP dépend de la concentration d'EPS ajoutée au sol. Cette méthode s'avère peu coûteuse et très efficace.

Ces dernières années, il a été découvert que les sucres EPS des bactéries marines accélèrent le nettoyage des déversements de pétrole. Lors de la marée noire de Deepwater Horizon en 2010, ces bactéries productrices d'EPS ont pu se développer et se multiplier rapidement. Il a été découvert plus tard que leurs sucres EPS dissolvaient le pétrole et formaient des agrégats de pétrole à la surface de l'océan, ce qui accélérait le processus de nettoyage. Ces agrégats de pétrole ont également fourni une source précieuse de nutriments pour d'autres communautés microbiennes marines. Cela a permis aux scientifiques de modifier et d'optimiser l'utilisation des sucres EPS pour nettoyer les déversements de pétrole.

Liste des substances polymériques extracellulaires

Succinoglycane de Sinorhizobium meliloti

Voir également

Les références

Liens externes