Thématiques de recherche du Cermav

Les thématiques scientifiques du Cermav recouvrent différents domaines des glycosciences, allant de la santé humaine et la biologie des plantes vers la science des matériaux en passant par la glycochimie. Les sucres sont présents dans tous les organismes vivants, en particulier à la surface des cellules et dans les parois végétales et bactériennes. Leur complexité chimique et structurale leur permet de jouer un rôle de médiateur  et de signalisation dans de nombreuses fonctions biologiques. Leur structuration en macromolécules organisées de manière très complexe leur confère texture, structure et propriétés et les possibilités d’utilisation de ces matières premières biosourcées sont très prometteuses.

Les travaux de recherche sont menés dans les cinq équipes, mais les grandes thématiques sont développées dans des axes transverses réunissant des chercheurs de différentes disciplines.

Axe 1. Design de matériaux fonctionnels et intelligents

Les glycannes représentent une matière première qui peut être modifiée, par exemple par la fonctionnalisation et le couplage d’oligo- et de polysaccharides apportant ainsi des propriétés nouvelles. L'émergence de systèmes moléculaires auto-assemblés correspond à la conjonction de la chimie, de la physique de la matière condensée et de la biologie moléculaire. Notre objectif est non seulement de contrôler l'architecture moléculaire et macromoléculaire de systèmes à base d'oligo- et polysaccharides, mais aussi de construire, ou de mimer aux échelles nano- et mésoscopique, des édifices (glyco-nano-objets, nanoparticules, nanocristaux, films et surfaces) en leur conférant des fonctions et propriétés spécifiques.

Les applications que trouvent de nos jours ces systèmes organisés stimulables, biomimétiques, préparés à base de glycomolécules, comme briques de base à architectures contrôlées, sont nombreuses, diverses et jouent un rôle de plus en plus important dans une vaste gamme d'applications : libération contrôlée de médicaments, renforts nanométriques aux surfaces ultraminces servant de support d'emballage, de barrières, de membranes et de capteurs, ou encore orientation, organisation et stockage d'information.

Axe 2. Glycobiotechnologie

Les glucides, sous la forme d'oligosaccharides et de glycoconjugués, sont impliqués dans un grand nombre de fonctions biologiques et de processus pathologiques. La production d'oligosaccharides par synthèses organique et enzymatique, ou par fermentation de microorganismes génétiquement modifiés, offre de nouvelles perspectives dans la préparation de vaccins, de molécules thérapeutiques (médicaments, vecteurs de principes actifs, etc.) et d'outils de diagnostic (molécules pour l'imagerie et pour le dosage d'activités spécifiques, puces à sucre, etc.).

Les enzymes de la biosynthèse et de la dégradation des oligosaccharides, les glycosyltransférases et glycosides hydrolases, sont à la fois des outils permettant la synthèse d'oligosaccharides, et la cible de développement d'inhibiteurs à potentiel thérapeutique. L’identification et la caractérisation de nouvelles enzymes est une première étape qui peut être amplifiée par la (glyco)biologie de synthèse pour la production d’outils de biotechnologie encore plus innovants. Les glycannes sont impliqués dans toutes les maladies chroniques et infectieuses: la reconnaissance des oligosaccharides par des récepteurs spécifiques, les lectines, est une étape cruciale pour les infections bactériennes et virales et la dissémination de métastases.

Axe 3. Structure des polysaccharides et architecture des parois 

Les parois végétales assurent des fonctions biologiques majeures définissant la singularité des plantes. Une thématique est dédiée à l'étude de la biosynthèse des polysaccharides pariétaux afin de comprendre les relations entre ces événements de biosynthèse et le développement des végétaux, mais aussi la contribution des différents polymères aux propriétés variées des parois végétales. Pour cela, nous utilisons une approche de génomique fonctionnelle permettant l'identification et la caractérisation de gènes codant des glycosyltransférases végétales. La seconde thématique porte sur les organisations complexes de ces polysaccharides et a pour objectif d'étudier la structure, l'organisation des principaux biopolymères au sein des parois végétales natives ou reconstruites. Dans ce contexte, de gros efforts sont développés pour révéler les modes d'assemblages des chaînes de cellulose dans les fibres natives et pour étudier comment ces fibres s'associent avec les hémicelluloses. Malgré cette importance fondamentale et pratique de la paroi végétale, il reste à approfondir notre connaissance de sa biosynthèse.

Les parois végétales sont des nanocomposites extrêmement complexes de cellulose, d'hémicelluloses et de lignines. L’organisation particulière de ces polymères confère aux parois végétales leurs propriétés singulières comme la tenue mécanique, une importante capacité d'extension (anisotrope) ainsi qu'une résistance à des pressions élevées de turgescence. Elles sont également à l'origine de multiples applications en tant que ressources agro-alimentaires, source de biomasse valorisable à des fins énergétiques et de biomatériaux.

Axe 4. e-Cermav

Cet axe particulier est dédié au développement des ressources électroniques en  interne pour la sauvegarde et le partage des données, mais aussi à la communication scientifique et la dissémination vers le grand public sous la forme de chapitres électroniques et de bases de données.

 

Une recherche tournée vers l’innovation

Un des défis actuels majeurs en science des polymères est la conception de nouveaux matériaux à partir de ressources naturelles renouvelables issues de la biomasse. La cellulose par exemple, polymère naturel le plus abondant sur terre (sa production par les plantes est estimée de 50 à 100 milliards de tonnes par an) constitue une source inépuisable de matière première. Ses dérivés sont utilisés dans de nombreuses industries : alimentaire, cosmétique, textile ou emballage. Ces matériaux ont vocation à remplacer les produits toxiques ou non-biodégradables dérivés de ressources fossiles, tout en offrant des propriétés (mécaniques, thermiques, optiques, etc.) équivalentes. Les biopolymères, et plus particulièrement les polysaccharides, ont donc émergé comme des composants naturels très attractifs de ces matériaux d'avenir.

Les autres domaines des glycosciences sont aussi des terrains d’innovation importants et le Cermav a su à la fois mettre au point des procédés de fabrication d’oligosaccharides et polysaccharides biologiquement actifs et s’associer à des compagnies qui ont développé les applications dans le domaine de l’agronomie et de la santé.

Sur ce terreau fertile, deux jeunes pousses, initiées par deux chercheurs CNRS du laboratoire, ont grandi dans le domaine des sucres biologiquement actifs, Elicityl, et dans celui des matériaux biosourcés, BT3 Technologies.