Les entrepreneurs du secteur de l'aquaculture sont confrontés à un problème :extraire toutes les molécules précieuses des cellules d'algues et d'algues est encore très difficile. Mais les enzymes et les aimants marins facilitent désormais l'élimination de molécules précieuses et peuvent même transformer les microalgues en « véhicules » à guidage magnétique pour une administration ciblée de médicaments.

Les cellules d'algues contiennent toutes sortes de substances utiles, tels que les omégas qui sont utilisés dans les compléments alimentaires, protéines, antioxydants pour produits de beauté, et les produits chimiques organiques qui sont utilisés pour fabriquer des alternatives biodégradables au plastique.

Malheureusement, plus de la moitié des substances présentes dans les algues ne peuvent pas être récoltées.

« Le problème avec le processus industriel d'extraction de l'alginate (un type d'acide présent dans les algues utilisées en pharmacie) est que 60 % de la biomasse ne sera pas utilisable pour autre chose, " a déclaré le Dr Kévin Cascella, un biologiste marin moléculaire et chef de projet pour un projet appelé GENIALG.

Le projet utilise des enzymes marines pour garantir que toutes les molécules utiles trouvées dans les cellules d'algues puissent être extraites à des fins industrielles.

Grâce aux progrès réalisés dans le séquençage de nouvelle génération et l'analyse du génome entier des bactéries vivant sur les algues, GENIALG a pensé que des méthodes pertinentes pourraient être développées pour surmonter la paroi cellulaire des algues tenaces.

Ils ont commencé par cultiver sélectivement des algues pour des taux de croissance plus élevés et un meilleur rendement, tout comme les agriculteurs ont traditionnellement élevé du bétail pour le meilleur lait, mais avec une dimension supplémentaire. En utilisant des techniques d'analyse génétique, l'équipe identifie les régions du génome liées à des traits spécifiques. Cela pourrait être la teneur en lipides d'une cellule d'algue, par exemple. Les lipides sont particulièrement intéressants pour les nutraceutiques, l'industrie des compléments alimentaires.

Les chercheurs ont ensuite examiné comment améliorer l'extraction physique et biochimique des biomolécules.

Les procédés industriels actuels consistent à casser les cellules d'algues par broyage ou pressage. De cette façon, les cellules subissent un processus de fractionnement pour séparer le contenu liquide des cellules des parties solides. Prochain, les composés sont éliminés avec des enzymes, qui agissent comme des ciseaux biologiques, briser la paroi cellulaire à des endroits spécifiques. Des enzymes spécifiques sont utilisées pour générer et libérer des biomolécules particulièrement intéressantes.

Enzymes marines

Les chercheurs de GENIALG à la Station biologique de Roscoff, La France, travaillent sur les enzymes marines depuis 20 ans, et ils croient avoir trouvé des enzymes bactériennes qui pourraient produire des rendements plus élevés que ceux du commerce.

« Les différents types de combinaisons enzymatiques permettent la dégradation de la paroi cellulaire des algues, " dit le Dr Cascella, ajoutant que ces combinaisons génèrent différents types de molécules. L'équipe teste les nouvelles molécules pour voir ce qu'elles font et si elles pourraient être utiles dans des applications médicales ou autres.

L'équipe dispose de deux usines pilotes de bioraffinerie et construit une biobanque, où les scientifiques et le grand public peuvent étudier des souches d'algues à différents moments de leur cycle de vie. Selon le Dr Cascella, ils ont déjà trouvé un composé particulier qui a le potentiel d'affecter les cellules cancéreuses, qu'ils étudient actuellement plus en détail.

Les enzymes ne sont pas le seul moyen de récolter ces composés recherchés. Une autre méthode étudiée par d'autres scientifiques implique l'utilisation d'aimants.

Pour que les microalgues se développent, photosynthétiser et produire les biomolécules valorisées par différentes industries, ils doivent être suspendus dans l'eau et ils ont accès à une source lumineuse. Mais la lumière ne traverse pas l'eau de manière uniforme, et les cellules de microalgues se déplacent librement.

Le projet VALUEMAG pensait que les aimants pouvaient maintenir les cellules de microalgues constamment à proximité d'une source lumineuse afin qu'elles effectuent la photosynthèse à la vitesse maximale. Ils insèrent de minuscules nanoparticules de fer à l'intérieur des cellules de microalgues pour les "magnétiser", à l'aide d'un nouveau dispositif développé par le projet. Les cellules sont ensuite réparties sur un cône à surface magnétique et alimentées par un flux constant d'eau et de lumière. Cela garantit qu'ils produisent autant de biomolécules que possible.

Aimants

Quand il est temps de récolter ces biomolécules utiles, les aimants sont à nouveau utilisés.

L'équipe utilise d'abord un processus appelé « CO supercritique 2 extraction' pour casser les cellules des microalgues.

Lorsque les cellules sont brisées, les chercheurs se retrouvent avec une solution d'extraits de microalgues et de nanoparticules. Pour éliminer les molécules qu'ils veulent, tels que les protéines ou les lipides, le projet utilise une nouvelle technique qu'ils ont développée appelée « séparation magnétique sélective », dit le professeur Evangelos Hristoforou, le directeur du Laboratoire de capteurs électroniques de l'Université technique nationale d'Athènes, Grèce, et le coordinateur du projet VALUEMAG.

La méthode consiste à recouvrir les nanoparticules de ligands, de minuscules molécules qui se lient à d'autres molécules, comme une sorte de velcro biochimique. Le ligand est spécifiquement attiré par une molécule cible particulière et ainsi « attrapera » la molécule concernée. Parce que la nanoparticule est magnétisée, exposer le mélange à un aimant permet à la molécule capturée ainsi qu'au ligand et à la nanoparticule d'être extraits du mélange. Une dernière étape sépare le ligand et la nanoparticule, et la molécule est libérée.

Comme les deux méthodes ne nécessitent aucun produit chimique, les extraits sont sans danger pour la consommation ou l'utilisation dans les cosmétiques.

Les recherches de VALUEMAG ont également des applications biomédicales potentielles. Les scientifiques ont découvert que les cellules de microalgues magnétisées pouvaient remplacer les cellules souches humaines utilisées pour administrer des médicaments.

Thérapie cellulaire

Actuellement, les cellules souches humaines reçoivent une injection de médicaments qui sont guidés à travers le corps et libérés à un moment précis. La technique est appelée thérapie cellulaire, mais le problème avec ceci est que les cellules souches humaines peuvent être rejetées par le corps ou pire, devenir cancéreux.

Les microalgues n'ont pas ce genre de problème.

Les cellules de microalgues peuvent être injectées avec des nanoparticules de fer et le médicament qui doit être libéré dans le corps. Les cellules peuvent ensuite être guidées par un clinicien à l'aide d'aimants jusqu'au bon endroit dans le corps, par exemple, les médicaments pour lutter contre le cancer du foie devraient être libérés à proximité du foie.

"Ils ne peuvent pas se développer dans notre corps car ce ne sont pas des cellules humaines, " a déclaré le Dr Angelo Ferraro, biologiste en chef pour VALUEMAG. "Et ils sont moins immunogènes, ils peuvent donc être utilisés comme véhicule pour des thérapies cliniques.'