Synthèse in vitro de biopolymères hyperbranchés et de nanoparticules innovantes en utilisant une boite à outils enzymatique bio-inspirée - In vitro synthesis of hyperbranched biopolymers and innovative nanoparticles using a bio-inspired enzymatic toolbox – GLYCOBALLS

L'objectif du projet est de développer un système multi-enzymatique bio-inspiré pour synthétiser des structures innovantes de biopolymères hyperbranchés et nanoparticulaires à partir de substrats naturels abondants et peu coûteux. Nous avons défini une "boite à outil" enzymatique originale qui reproduira et combinera in vitro les activités majeures impliquées dans l'édification de l'amidon natif: élongation (amylosaccharases), branchement (enzymes de branchement) et débranchement (isoamylases). La synthèse in vitro de ces nouveaux polysaccharides ramifiés sera réalisée en milieu aqueux, par action séquentielle ou combinée de ces enzymes, à partir du saccharose utilisé comme donneur d'unités glucosyles, et d'accepteurs de différentes natures. En particulier, le phytoglycogène servira de coeur plurifonctionnel autour duquel sera édifiée une couronne ramifiée de structure et de taille variables, afin de créer de nouvelles bio-nanoparticules. Le contrôle des mécanismes synergiques et compétitifs entre les différentes activités enzymatiques mises en jeu permettra de guider la synthèse vers l'obtention de structures originales. La structure moléculaire des édifices synthétisés sera déterminée grâce à l'utilisation des nombreuses techniques de caractérisation complémentaires offertes par les partenaires de notre consortium pluridisciplinaire. Les propriétés de piégeage de ligands hydrophobes, ainsi que la solubilité, la digestibilité et les propriétés filmogènes des macromolécules seront étudiées afin d'évaluer le potentiel applicatif de ces nouveaux polysaccharides dans les domaines pharmaceutiques, phytosanitaires, cosmétiques ou alimentaires. Par ailleurs, des données fondamentales seront acquises sur la sélectivité et les mécanismes catalytiques des enzymes impliquées dans la biosynthèse de l'amidon, ainsi que sur les relations structure/propriétés d'auto-association gouvernant l'établissement de l'organisation semicristalline de l'amylopectine. Cette approche biomimétique permettra aussi d'approfondir la compréhension des mécanismes mis en jeu dans l'initiation et la croissance des grains d'amidon natifs. Ces connaissancse sont essentielles afin d'optimiser la production de cette agro-ressource majeure.