Projet ANR-11-NANO-0007 – Reflex : Couches semi-réflectives colorées pour la détection d'activité enzymatique
Programme : Nanotechnologies et Nanosystèmes (P2N) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Bernard CATHALA (INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE - CENTRE DE RECHERCHE DE NANTES)
Partenaires : Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie; Biopolymères, Interactions Assemblages; Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
Montant : 739136.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 42 mois
Résumé : La raréfaction des ressources pétrolières, la demande croissante de procédés à faible impact environnemental et la compréhension des impacts de l’alimentation sur la santé  engendrent un intérêt croissant pour  les processus de transformation de la biomasse végétale par des catalyseurs biologiques, utilisés in vitro ou in vivo dans le cadre de procédés enzymatiques ou fermentaires, respectivement. Le développement de ces domaines d’activités réside dans la découverte de nouveaux biocatalyseurs et leur adaptation aux contraintes industrielles, par le biais de technologies haut-débit. Ainsi, l’exploration de la diversité microbienne par le biais de la métagénomique fonctionnelle, de même que les techniques d’évolution dirigée d’enzymes visant leur optimisation pour une propriété donnée (stabilité, efficacité …)  nécessitent le criblage robotisé de banques de très grandes tailles, au minimum de plusieurs dizaines de milliers de clones. L’essor récent de nanotechnologies permet de répondre à ces nouveaux enjeux à la fois par des ruptures scientifiques liées à l’échelle nanométrique et des techniques de miniaturisation. 
	Le projet que nous proposons est basé sur un système innovant de detection d’activités enzymatiques découvert par l’INRA en 2010 et qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet1. Cette méthode repose sur l'utilisation de couches de biopolymères de dimensions nanométriques générant une couleur structurale. Une couleur structurale est liée à la structuration de la matière permettant de générer des interférences avec la lumière et se produit en l’absence de molécules colorantes. Dans le cas de ce projet, la couleur apparaît en raison d’un phénomène interférentiel intrinsèquement lié aux dimensions nanométriques d’une couche de biopolymères déposée sur un substrat réfléchissant. La dégradation de la couche et le changement de couleur associé permet de détecter visuellement de façon très sensible des activités enzymatiques hydrolytiques des biopolymères constituant le dépôt. Du fait des faibles dimensions de la couche, la sensibilité du test est significativement améliorée par rapport aux méthodes classiquement utilisées pour cribler à haut-débit des activités enzymatiques. L’enjeu du projet est donc double. Sur le plan cognitif, il s'agit d'approfondir la compréhension des phénomènes mis en jeu lors de la dégradation enzymatique de biomolécules, en milieux hétérogènes et denses. Sur le plan applicatif, le projet a pour objectif de proposer des solutions d’intégrations des tests (fabrication de plaques 96 et/ou 384 puits compatibles avec les robots de criblage existants) et de démontrer la puissance de cette technologie pour la découverte et l'optimisation d'enzymes par la biais de la métagénomique fonctionnelle et de l'évolution dirigée. En raison de sa simplicité, sa versatilité, sa facilité d’utilisation, sa sensibilité, sa généricité, et de son potentiel de miniaturisation pour le criblage haut débit, cette méthode permettra i) une évolution significative dans la découverte de nouvelles enzymes répondant aux exigences des industries à la fois en termes d’efficacité et de respect de l’environnement; ii) d’acquérir de nouvelles connaissances sur le mode de fonctionnement en milieux hétérogènes et denses des enzymes.
1.	Cerclier, C.; Cathala, B. Méthode de détection d’activités enzymatiques hydrolytiques sans marquage à base de couches réflectives de biopolymères. 2010.