BIA Biopolymères - Interactions - Assemblages Sélection de résultats de recherche 2018 - Wedia
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BIA
Biopolymères - Interactions - Assemblages
Sélection de résultats de recherche 2018
www.angers-nantes.inra.fr/bia
Une sélection de nos résultats de recherche sur les
biopolymères et leurs fonctionnalités
Fermeté de la pomme
La mise en place des parois : une étape clé de la maitrise de la qualité du grain
Localiser et suivre l’action des enzymes sans marquage
Les parois de l’albumen du blé : une perspective en 3D
Digestion des lipides et contrôle de la prise alimentaire
Quelle huile pour quelle vitamine ?
La Vitamine B4 comme substitut de sel : application au pain
Des lipides dans l’amidon : une spécificité des céréales
La structure chimique d’un principe actif du ginseng élucidée
Protéines de blé transformées : quel impact sur la réaction allergique alimentaire ?
Comment l’allergie alimentaire aggrave-t-elle l’asthme ?
Cellules souches humaines pour la médecine régénérative
Biomatériaux en immersion
L’amidon thermoplastique sous une lumière différente
La cellulose pour des superisolants
2018
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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Fermeté de la pomme
Contribution de l'eau et des parois cellulaires
L'objectif de cette étude était de définir les contributions de l'eau (~85% de la masse
du fruit) et des parois cellulaires (~2% de la masse du fruit) à la fermeté de la chair de
pomme. Pour cela, l’état d’hydratation, la structure tissulaire et la composition chimique
de la chair de quatre variétés de pomme de fermetés proches mais distinctes ont été
caractérisées. Les interactions (mobilité) de l'eau évaluées par RMN (Résonnance Ma-
gnétique Nucléaire) permettent de discriminer les fruits avant et après destruction des
membranes conduisant à la perte d'eau cellulaire (plasmolyse). Cette discrimination
résulte de différences de microstructures des tissus qui induisent une modification des
environnements et des interactions moléculaires de l'eau.
Malgré la contribution majeure de l'eau intracellulaire à la fermeté des fruits par le biais
de la pression de turgescence et, à l'inverse, de résultats obtenus lors de travaux précé-
dents sur une collection de fruits de textures plus contrastées, aucune relation n'a été Partenaires : cette étude a été menée au sein de l'équipe Paroi Végétale et Polysaccha-
établie entre la mobilité de l'eau et la fermeté des fruits. Seules les teneurs en galactose rides Pariétaux (PVPP) et de la plateforme Biopolymères, Biologie Structurale (BIBS) de
et arabinose des parois cellulaires se sont avérées corrélées positivement et négative- l’unité BIA dans le cadre du contrat européen FruitBreedomics, coordonné par le centre.
ment à la fermeté des tissus avant et après plasmolyse. Publication associée : Lahaye M., Bouin C., Barbacci A., Le Gall S., Foucat L. (2018).
Ces résultats permettent d’avancer de nouvelles hypothèses quant aux rôles de la distri- Water and cell wall contributions to apple mechanical properties. Food Chemistry 268,
bution de l'eau dans les tissus et de la structure chimique fine des parois cellulaires sur 386-394.
la texture de la pomme. Contact : Marc lahaye, UPR BIA, marc.lahaye@inra.fr
La mise en place des parois : une étape clé de la maitrise de la
qualité du grain
Identification des protéines pariétales de grains de blé en développement par une approche de
protéomique subcellulaire
du grain ont été étudiées : l’albumen amylacé (riche en amidon) qui constitue le tissu de
réserve, et les enveloppes, constituées de différentes assises cellulaires et servant essen-
tiellement de protection au grain. Couplées à une analyse bio-informatique, les données
générées ont permis d’identifier un total de 636 protéines pariétales dont 337 dans l’al-
bumen et 594 dans les enveloppes. Leur distribution spécifique au sein du grain suggère
un métabolisme pariétal distinct entre les enveloppes du grain et l’albumen. Parmi ces
protéines, près d’un quart sont prédites comme agissant sur les polysaccharides, et sont
essentiellement des glycosyl hydrolases, des estérases ou des peroxidases.
Cette étude est la première à mettre en évidence le protéome pariétal du grain d’une
plante monocotylédone dans ces deux compartiments différents du grain. Elle donne
ainsi des pistes à explorer, pour mieux comprendre, les évènements de remodelage des
polysaccharides pariétaux au cours du développement du grain de blé..
Au cours du développement du grain de blé, les polymères pariétaux, principalement
des polymères de sucres (polysaccharides), subissent des remodelages de leur structure Partenaires : unité BIA (équipe PVPP, plateforme BIBS) - Inra ; unité LRSV - Université
chimique, ce qui induit des modifications des propriétés de la paroi. Ces remodelages P. Sabatier/Toulouse3 et CNRS
font intervenir des protéines pariétales dont l’identification et la compréhension de leur Publication associée : Mehdi Cherkaoui, Audrey Geairon, Virginie Lollier, Hélène San
fonction sont indispensables pour mieux maîtriser, à terme, le développement et la qua- Clemente, Colette Larré, Hélène Rogniaux, Elisabeth Jamet, Fabienne Guillon, and Ma-
lité des grains. thilde Francin-Allami (2018) Cell wall proteome investigation of bread wheat (Triticum
Pour identifier ces protéines pariétales, une analyse protéomique subcellulaire a été ré- Aestivum) developing grain in endosperm and outer layers, Proteomics. https://doi.
alisée sur des grains de blé récoltés à un stade clé du développement, situé juste avant org/10.1002/pmic.201800286
la phase de remplissage du grain par les composés de réserves. Deux parties distinctes Contact : Mehdi Cherkaoui, UPR BIA, mehdi.cherkaoui@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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Localiser et suivre l’action des enzymes sans marquage
Comment la lumière du synchrotron permet de suivre la dégradation enzymatique
de tiges de maïs ?
Les produits issus de la biomasse lignocellulosique (ex tiges de maïs) pourraient à
terme, remplacer des dérivés du pétrole. Pour cela, des enzymes de dégradation des
polymères rencontrées dans les parois des cellules (cellulose et hémicellulose) sont étu-
diées dont le rôle est d’obtenir des petites molécules utiles pour la chimie verte. Une des
limites au développement de cette approche est que, de manière native, les plantes se
dégradent mal. Pour mieux comprendre ces phénomènes, l’action des enzymes et les
modifications de la plante qui en résultent ont été étudiées par imagerie en utilisant les
particularités de la lumière au synchrotron SOLEIL en fluorescence (ligne DISCO) et en
infrarouge (ligne SMIS).
Sur la ligne DISCO, les enzymes ont été localisées sans marquage grâce à l’autofluores-
cence des protéines dans l’UV profond (275 nm). La cellule microfluidique développée
sur la ligne SMIS a permis de suivre par microspectrométrie infrarouge avec une réso-
lution spatiale de 5 µm la cinétique de digestion de la cellulose et des hémicelloses sur Partenaires : ce travail a été réalisé par l’équipe PVPP de l’unité BIA (Inra Pays de la
une coupe de tige de maïs. L’étude a ainsi montré que les enzymes ne se liaient pas Loire), en collaboration avec le synchrotron SOLEIL (lignes DISCO et SMIS à Gif sur Yvette).
aux parois lignifiées qui n’étaient par conséquent pas dégradées. Pour les autres types
Publication associée : Devaux M. F., Jamme F., Andre W., Bouchet B., Alvarado C., Du-
cellulaires, une concentration de l’enzyme sur la paroi et une diminution dans le milieu
rand S., Robert P., Saulnier L., Bonnin E., & Guillon F. (2018). Synchrotron Time-Lapse
environnant sont observées. Pour tous les types cellulaires, les hémicelluloses étaient
Imaging of Lignocellulosic Biomass Hydrolysis: Tracking Enzyme Localization by Protein
dégradées avant la cellulose.
Autofluorescence and Biochemical Modification of Cell Walls by Microfluidic Infrared Mi-
Cette approche est très prometteuse pour comparer les activités spécifiques des en-
crospectroscopy. Frontiers in Plant Science, 9, 16.
zymes et optimiser la dégradation des différents types de biomasses végétales.
Contact : Marie-Françoise Devaux, UPR BIA, Marie-francoise.devaux@inra.fr
Les parois de l’albumen du blé : une perspective en 3D
L’image moléculaire en 3D des hémicelluloses révèle leur répartition inégale dans le grain de blé
grain entier. Les images de 30 sections consécutives d’un grain de blé ont été acquises
puis combinées pour reconstruire une image en trois dimensions, montrant les varia-
tions de structures et de localisation de ces polymères dans les deux axes transversaux
et longitudinaux du grain. Une amélioration significative a été apportée au protocole de
préparation des coupes de tissus pour minimiser la déformation des tissus et aboutir à un
recalage de bonne qualité dans les images 3D.
Ces images ont montré une hétérogénéité de distribution et de composition des hé-
micelluloses au sein du grain. En particulier, des arabinoxylanes permettant de meilleurs
échanges d’eau et de nutriments dans le grain sont concentrés dans la région du sillon
ou à proximité du germe. Cette méthode pourra être appliquée à d’autres polymères
pariétaux et apporte un nouvel éclairage sur les liens entre structure, organisation des
parois, et qualité du grain.
Pour l’industrie céréalière, il y a un enjeu à mieux connaître et maîtriser les variations de
composition du grain, qui affectent à la fois ses qualités technologiques et nutrition- Partenaires : cette étude a été menée par l'INRA, Unité BIA (Biopolymères Interactions
nelles. Dans ce contexte, les composants pariétaux – parce qu’ils impactent les pro- Assemblages) : Hélène Rogniaux et Mathieu Fanuel (plate-forme BIBS), Fabienne Guil-
priétés mécaniques du grain - et la teneur et la solubilité des fibres – sont une cible lon et Luc Saulnier (équipe PVPP)
privilégiée. Publication associée : Fanuel M., Ropartz D., Guillon F., Saulnier L., and Rogniaux H.
L'UR BIA a développé une méthode de spectrométrie de masse en mode imagerie pour (2018). Distribution of cell wall hemicelluloses in the wheat grain endosperm: a 3D
étudier les structures des hémicelluloses (β-glucanes, arabinoxylanes), composants ma- perspective, Planta.
joritaires des parois cellulaires dans l’albumen du blé, et leur distribution à l’échelle du Contact : Hélène Rogniaux, UPR BIA, helene.rogniaux@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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Digestion des lipides et contrôle de la prise alimentaire
L’encapsulation de lipides émulsifiés dans des billes d’alginate diminue fortement leur lipolyse
au cours de la digestion
L’obésité et les maladies métaboliques associées sont en forte augmentation affectant à
divers degrés la santé des individus. Réduire leur prévalence est une des préoccupations
des politiques de santé publique. Les moyens d’y parvenir sont multiples. Parmi les nom-
breuses approches possibles pour résoudre ces désordres multifactoriels, les partenaires
du département "Agrotechnology et Food Sciences" de l’Université de Wageningen ont
choisi d’essayer de réguler la prise alimentaire en induisant le frein iléal. Ce système
physiologique régule entre autre, via des sécrétions diverses, les cinétiques de vidanges
digestives, les sensations liées à la satiété et donc possiblement la prise alimentaire.
L’hypothèse de départ du travail est que la présence de lipides non digérés dans les par-
ties distales de l’intestin (iléum) permettrait de stimuler ce frein iléal et donc la prise
alimentaire. Or notre système digestif digère habituellement très efficacement les lipides
alimentaires, puisqu’en conditions physiologiques moins de 5% ne sont pas digérés.
L’unité BIA dispose d’un dispositif expérimental de digestion in vitro instrumentée et une
bonne connaissance de la digestion des lipides et de son suivi. Le dispositif en place per- L’encapsulation de lipides émulsifiés dans des billes d’alginate de taille et de porosité
met notamment de distinguer la partie proximale de l’intestin (le duodénum) des par- contrôlée offre une protection physique vis-à-vis de la diffusion des enzymes lipoly-
ties plus distales (jéjunum + iléum) et de tenir compte des paramètres physiologiques tiques, que ce soit dans l’estomac mais plus encore dans les parties proximales et distales
tels que les temps de demi-vidange, les cinétiques de variation du pH dans l’estomac. de l’intestin, ou près de 2/3 des lipides ingérés arrivent intact dans le compartiment "Jé-
Pour tenter de ralentir et différer la digestion des lipides, des émulsions lipidiques en- junum + iléon". Ces différentes formulations sont testées lors d’un essai clinique mené
capsulées dans des billes d’alginate, elles même incorporées dans un yaourt brassé sans par les partenaires néerlandais de cette étude, pour déterminer si l’ingestion d’émulsions
matière grasse, ont été soumises à des digestions dans un dispositif instrumenté per- lipidiques encapsulées dans des billes d’alginate serait capable d’induire le frein iléal et
mettant de contrôles les apports de fluides digestifs et les cinétiques de vidanges des surtout de réduire la prise alimentaire lors du repas suivant.
3 compartiments. Comparativement aux témoins (émulsions seules ou avec des billes Partenaires : ce travail a été réalisé au sein de l’unité BIA, lors du séjour de MN Corstens,
vides), les émulsions encapsulées ne sont que partiellement hydrolysées par les enzymes doctorante du laboratoire partenaire du WUR.
digestives, y compris dans les parties les plus distales de l’intestin, ici le compartiment du
Publication associée : Corstens M.N., Berton-Carabin C.C., Schroën K., Viau M., & Mey-
jejunum et de l’iléum. Ainsi la lipolyse n’excède pas 20% après 3 heures de digestion dans
nier A. (2018). Emulsion encapsulation in calcium-alginate beads delays lipolysis during
le cas des lipides encapsulés alors qu’elle atteint entre 60 et 66% dans les cas des témoins.
dynamic in vitro digestion. Journal of Functional Foods, 46, 394-402.
L’action des enzymes digestives sur les lipides libèrent des espèces lipidiques, qui seront
incorporées dans des micelles mixtes et absorbées dans la partie proximale de l’intestin. Contact : Anne Meynier, UPR BIA, anne.meynier@inra.fr
Quelle huile pour quelle vitamine ?
La libération de vitamines liposolubles au cours de la digestion dépend de l’huile utilisée
ration des vitamines testées (bêta-carotène ou vitamine A) est contrôlée par la vitesse
de digestion des huiles (tricapryline ˃ huile de tournesol oléique ˃ huile de poisson),
la libération finale atteignant toujours une valeur élevée (entre 70 et 90 %). Ces vitesses
de libération peuvent expliquer en partie l’effet important du type de matières grasses
consommé sur l’absorption des vitamines liposolubles. Et cela permet d’espérer pouvoir
contrôler leur efficacité d’absorption en jouant sur ces matières grasses.
Après cette phase de développement, cette puce microfluidique peut maintenant être
utilisée comme outil de criblage de nombreux composés lipophiles de notre alimenta-
tion, pour mieux comprendre leurs comportements pendant la digestion.
Partenaires : ce travail a été mené au sein de l’unité BIA à Nantes dans le cadre d’une
thèse INRA/Région Pays de la Loire, impliquant les équipes "Interfaces et Systèmes Dis-
L’efficacité d’absorption des vitamines liposolubles (et d’autres composés lipophiles pré- persés" et "Assemblages nanostructurés", ainsi que la plateforme BIBS de l'unité.
sents dans les matières grasses) dépend de nombreux facteurs physico-chimiques et Publications associées :
biologiques. Le type d’aliment est un facteur particulièrement important, libérant plus Nguyen, H. T., Marquis, M., Anton, M., & Marze, S. (2019). Studying the real-time inter-
ou moins facilement ces composés au cours de la digestion, les rendant ainsi plus ou play between triglyceride digestion and lipophilic micronutrient bioaccessibility using
moins absorbables. Afin d’étudier cette libération, une puce microfluidique a été déve- droplet microfluidics. 1 lab on a chip method. Food Chemistry, 275, 523-529. http://doi.
loppée pour suivre en temps réel la digestion de gouttes d’huile contenant une vitamine org/10.1016/j.foodchem.2018.09.096
liposoluble. Nguyen, H. T., Marquis, M., Anton, M., & Marze, S. (2019). Studying the real-time inter-
Ce laboratoire sur puce permet de générer et d’immobiliser ces gouttes d’huile, puis de play between triglyceride digestion and lipophilic micronutrient bioaccessibility using
les digérer sous flux continu de différents fluides digestifs (buccal, gastrique, puis intesti- droplet microfluidics. 2 application to various oils and (pro)vitamins. Food Chemistry,
nal). La digestion de l’huile et la libération de la vitamine sont alors suivies en temps réel 275, 661-667. http://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.09.126
par microscopie confocale de fluorescence. Les résultats montrent que la vitesse de libé- Contact : Sébastien Marze, UPR BIA, sebastien.marze@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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La Vitamine B4 comme substitut de sel : application au pain
Intérêt du chlorure de choline pour la réduction du sel dans le pain et son acceptabilité
sociétale
Ce projet s’est orienté vers la recherche d’un substitut, permettant d’obtenir un pain
réduit en sel, approuvé par les industriels et les consommateurs. Dans la littérature, le
chlorure de choline (CC) est décrit comme un nutriment essentiel et est reconnu comme
un composé en mesure de jouer le rôle de substitut partiel du sel et exhausteur de goût.
L’innovation proposée dans ce travail est donc double, elle comprend à la fois la réduction
d’un agent de fabrication le NaCl et l’ajout d’un substitut le CC.
L’effet positif du CC a été mis en évidence sur le plan technologique (texture, vitesse de
rassissement). En sensoriel, le CC a montré une augmentation modérée de la perception
salée dans le pain réduit en sel.
Au plan de l’acceptabilité, les qualités nutritionnelles de ce pain ont séduit les consom-
mateurs privilégiant la santé dans leurs choix alimentaires et ceux aspirant à une édu-
cation alimentaire forte. En revanche, chez les consommateurs très attachés aux valeurs
de tradition associées au pain, la "médicalisation" de cet aliment ont constitué un frein
majeur à sa consommation. Publication associée : Crucean D., Debucquet G., Rannou C., Le-Bail A. & Le-Bail P.
Le CC est une alternative pertinente au sel qui combine des avantages technologiques et (2018). Vitamin B4 as a salt substitute in bread: A challenging and successful new
sensoriels, son succès dépendra de la prise en compte de l’acceptabilité sociétale. strategy. Sensory perception and acceptability by French consumers. Appetite. DOI :
Partenaires : cette étude a été réalisée avec le travail de thèse de Doina Crucéan (unité doi.org/10.1016/j.appet.2018.12.020
BIA), en collaboration avec l'unité GEPEA et Audencia à Nantes Contact : Patricia Le Bail, UPR BIA, patricia.le-bail@inra.fr
Des lipides dans l’amidon : une spécificité des céréales
L’origine des lipides des amidons de maïs dévoilée par imagerie par spectrométrie de masse et
transcriptomique
un gradient décroissant de la périphérie au centre de l’albumen de maïs. Ce gradient
coïncide avec les gradients d’accumulation des protéines de réserve et de vitrosité du
maïs. En couplant les données d’imagerie MALDI et d’expression spatio-temporelle des
gènes du métabolisme lipidique au cours du développement du grain, un scénario a pu
être élaboré permettant de relier le trafic lipidique au sein de l’albumen, la biosynthèse
des protéines de réserve et l’inclusion de lipides dans l’amidon. Ce scénario est étroi-
tement associé à la mort cellulaire programmée qui caractérise le développement de
l’albumen du maïs et des céréales en général.
L’ensemble de ces données permet d’envisager de nouvelles approches en sélection va-
Contrairement aux amidons de tubercules et de graines de légumineuses (pommes de riétale (nutrition azotée, résistance aux stress environnementaux), afin d’optimiser les
terre, haricot, pois, etc.), les amidons de céréales contiennent des lipides endogènes, qualités technologiques et nutritionnelles des amidons issus des productions céréalières.
notamment un phospholipide monoacylé : la lysophosphatidylcholine (LysoPC). Bien Partenaires : ce travail a été réalisé par l'unité BIA, en collaboration avec la plateforme
qu’en quantité faible (0,5-1% du poids sec d’amidon), ce lipide, complexé au sein des BIBS (H. Rogniaux, M. Fanuel) dans le cadre de la thèse de Mathieu Gayral et en collabo-
hélices d’amylose, impacte fortement les propriétés fonctionnelles et nutritionnelles de ration avec le groupe Limagrain (contrat FUI Granoflakes).
l’amidon. Publication associée : Gayral M, Fanuel M, Rogniaux H, Dalgalarrondo M, Elmorjani
Par imagerie de spectrométrie de masse MALDI couplée à un analyseur à temps de vol K, Bakan B, Marion D. (2018) The spatiotemporal deposition of lysophosphatidylcholine
(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization), la LysoPC piégée dans l’amidon a pu être within starch granules of maize endosperm and its relationships to the expression of
spécifiquement détectée et quantifiée dans des coupes d’albumen de maïs (tissu de ré- genes involved in endoplasmic reticulum-amyloplast lipid trafficking and galactolipid
serve du grain). Ce développement méthodologique original a permis de montrer que synthesis. Plant and Cell Physiology, doi:10.1093/pcp/pcy198
l’amidon piège majoritairement les espèces moléculaires de LysoPC contenant des acides
Contact : Didier Marion, UPR BIA, didier.marion@inra.fr
gras saturés (notamment l’acide palmitique). De plus, la concentration de ce lipide suit
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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La structure chimique d’un principe actif du ginseng élucidée
Fractionnement partiel des pectines et caractérisation de deux domaines structuraux
Les principaux composants actifs du ginseng, plante très utilisée en médecine tradition-
nelle chinoise, sont des sucres complexes, principalement de la famille des pectines. Ces
macromolécules sont constituées de différents domaines structuraux dont les fonction-
nalités in vitro et in planta sont très spécifiques.
Le domaine rhamnogalacturonane de type I (RG-I) a été identifié comme un domaine
pectique qui présente des activités biologiques particulièrement intéressantes (effet
antiprolifératif sur les cellules cancéreuses, effet anti-diarrhéique, effet sur le système
immunitaire). Ce domaine est cependant extrêmement complexe et, en l’absence de
données structurales précises, il est difficile d’établir de réelles relations structure-ac-
tivités biologiques. Les RG-I de ginseng ont été isolés et purifiés par des techniques de
chromatographie, puis leurs structures ont été caractérisées.
Un autre domaine pectique, le rhamnogalacturonane de type II (RG-II) co-extrait avec
les RG-I, a également pu être purifié et caractérisé. C’est la première fois que ce domaine
RG-II est identifié dans le ginseng. Publication associée : Sun L., Ropartz D., Cui L., Shi H., Ralet M.C., Zhou Y. (2019),
Les activités biologiques des domaines RG-I et RG-II purifiés pourront maintenant être Structural characterization of rhamnogalacturonan domains from Panax ginseng C. A.
étudiées et mises en relation avec leur structure. Meyer, Carbohydrate Polymers, 203, 119-127.
Partenaires : ce travail a été réalisé au sein de l’équipe PVPP (Paroi Végétale et Poly- Contact : Marie-Christine Ralet, UPR BIA, marie.ralet@inra.fr
saccharides Pariétaux) de l'unité BIA à Nantes, et du Key Laboratory on Chemistry and
Biology of Changbai Mountain Natural Drugs, School of Life Sciences, Northeast Normal
University, Changchun 130024, Chine.
Protéines de blé transformées :
quel impact sur la réaction allergique alimentaire ?
Les gliadines désamidées entraînent une aggravation de la réaction allergique alimentaire
allergiques aux gliadines non modifiées et aux gliadines modifiées par désamidation ont
été comparées à l’aide d’un modèle murin.
Les résultats de cette étude montrent que la modulation de l’allergénicité des gliadines
induite par leur modification s’explique par un recrutement des acteurs cellulaires de
l’allergie ainsi qu’une augmentation de la perméabilité intestinale plus précoces. Ainsi,
la modification des gliadines par des processus industriels modifie à la fois leurs proprié-
tés intrinsèques mais également la réaction immunitaire qu’elles engendrent. A l’avenir,
lors de l’établissement de nouveaux processus de transformation, il sera donc nécessaire
d’évaluer l’impact de ces modifications sur leur potentiel allergisant.
En perspective, l’impact d’autres modifications sur le développement de la réaction aller-
gique alimentaire aux gliadines pourra être étudié. D’autres allergènes voient leur poten-
tiel allergisant modifié par des processus industriels, il serait donc intéressant d’étudier,
de la même façon, les mécanismes expliquant cette modulation.
L’allergie alimentaire est définie comme une réponse indésirable déclenchée par l’inges-
tion d’une protéine alimentaire et met en jeu de nombreux acteurs cellulaires. Les pro- Partenaires : ce travail a été réalisé au sein de l’équipe Allergie de l'unité BIA à Nantes,
cédés industriels permettant de diversifier les propriétés de ces protéines, par exemple en partenariat avec l’Institut du Thorax (UMR1087, INSERM) et l’Institut des Maladies de
leur solubilité, peuvent entraîner une modification de leur allergénicité. Les gliadines, l’Appareil Digestif (IMAD, UMR 1235, INSERM).
l’un des allergènes majeurs du blé et composant du gluten, peuvent être modifiées par Publication associée : Castan, L., Villemin, C., Claude, M., Aubert, P., Durand, T., Neun-
désamidation*, entraînant alors une aggravation de la réponse allergique qu’elles pro- list, M., Brossard, C., Magnan, A., Bodinier, M., & Bouchaud, G., 2018. Acid-Hydrolyzed
voquent. Les mécanismes cellulaires entrainant cette modulation sont encore actuelle- Gliadins Worsen Food Allergies through Early Sensitization. Molecular Nutrition & Food
ment méconnus. Research, 62, 1800159.
L’objectif de cette étude était de déterminer par quels mécanismes la désamidation des Contact : Grégory Bouchaud, UPR BIA, gregory.bouchaud@inra.fr
gliadines entrainait une aggravation de la réaction allergique. Pour cela, les réponses
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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Comment l’allergie alimentaire aggrave-t-elle l’asthme ?
Rôle des récepteurs de domiciliation cellulaire dans l’évolution de l’allergie
Les troubles allergiques causés par l'allergie alimentaire dans l'enfance peuvent évoluer
vers l'asthme à l’adolescence ou chez l’adulte. Cette progression interroge sur le lien qui
pourrait exister entre l'intestin et le poumon. Nos recherches s’intéressent ainsi aux mé-
canismes de l’allergie alimentaire que l’on pourrait relier au développement de l'asthme.
Les allergies sont en constante augmentation au sein des pays les plus développés. De
plus, il est observé en clinique une évolution caractéristique des maladies allergiques au
cours de la vie ; passant des allergies alimentaires et cutanées vers des allergies respira-
toires comme l’asthme.
L’objectif de cette étude était d’identifier les mécanismes impliqués dans cette évolution.
Un modèle murin (souris) a été développé, mimant cette progression particulière de
l’allergie. Les souris soumises au double protocole d’allergie (alimentaire et respiratoire)
présentent une aggravation des symptômes de l’asthme par rapport à celles soumises En perspectives l’impact du microbiote intestinal (ensemble des micro-organismes) sur
uniquement au protocole d’allergie respiratoire. En effet, nous avons constaté que l’al- l’évolution de l’allergie pourra être analysé, en le supprimant chez une souris à l’aide
lergie alimentaire est capable de détériorer la fonction respiratoire et d’augmenter la d’antibiotiques.
réaction inflammatoire pulmonaire observée lors de l’asthme. Partenaires : cette étude a été menée par l'équipe Allergie de l'unité BIA (INRA), en
Pour comprendre ce lien intestin/poumon, le rôle d’un récepteur particulier* (CCR9) per- partenariat avec l'équipe III de Institut du thorax (1087 INSERM) à Nantes.
mettant la migration des cellules lymphocytaires vers l’intestin a été analysé ; ce récep- Publication associée : CCastan L, Cheminant MA, Colas L, Brouard S, Magnan A, Bou-
teur est impliqué dans la réaction inflammatoire intestinale lors de l’allergie alimentaire. chaud G. 2018. Food allergen-sensitized CCR9+ lymphocytes enhance airways allergic
L’aggravation de l’inflammation pulmonaire par l’allergie alimentaire est dépendante de inflammation in mice. Allergy. 2018 Jan 9. doi: 10.1111/all.13386.
l’expression de CCR9 par les lymphocytes T circulant.
Contact : Grégoru Bouchaud, UPR BIA, gregory.bouchaud@inra.fr
Cellules souches humaines pour la médecine régénérative
Encapsulation dans un hydrogel de polysaccharide
l’hydroxypropylméthylcellulose silanisé, biocompatible, a été breveté par l'unité de re-
cherche RMeS, partenaire de l’étude. L’encapsulation de ces cellules a été réalisée grâce à
une méthode appelée millifluidique à gouttes. Celle-ci permet de produire des gouttes
de taille et de forme parfaitement contrôlées. La goutte est transformée en hydrogel
par réticulation par abaissement du pH approprié. Les cellules souches sont ainsi empri-
sonnées dans des particules d’hydrogel de 200 microns de diamètre, biocompatibles et
potentiellement injectables à court terme. La survie des cellules souches est assurée par
la diffusion des nutriments essentiels présents dans le milieu, à travers l’hydrogel.
Partenaires : ces résultats sont issus d’une collaboration entre l’équipe Assemblages
Nanotructurés de l’unité BIA, l’UMR RMeS, la Pharmacie Centrale et le Pôle Hospita-
lo-Universitaire OTONN du CHU de Nantes, l’UFR Sciences Pharmaceutiques et Biolo-
Les cellules souches mésenchymateuses* humaines (CSM) constituent un axe thérapeu- giques de l’Université de Nantes et l’UFR Odontotogie de l’Université de Nantes.
tique prometteur pour le traitement des maladies dégénératives, en particulier pour le
traitement de l’arthrose, maladie touchant un très grand nombre de personnes dans le Publication associée : Nativel F., Renard D., Hached F., Pinta P.G., d’Arros C., Weiss P., Le
monde. Cependant, les cellules souches sont des cellules fragiles qui nécessitent un en- Visage C., Guicheux J., Billon-Chabaud A. and Grimandi G. (2018). Application of mil-
vironnement biologique approprié pour pouvoir survivre et se différencier. lifluidics to encapsulate and support viable human mesenchymal stem cells in a poly-
saccharide hydrogel. International Journal of Molecular Sciences 19 1952
Une approche originale a été de développer une méthode d’encapsulation dans un
hydrogel polysaccharidique pour préserver leur survie. Cet hydrogel de polysaccharide, Contact : Denis Renard, UPR BIA, denis.renard@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
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Biomatériaux en immersion
Suivi en temps réel de l’évolution de matériaux d’intérêt biomédical plongés dans l’eau
Le domaine biomédical a en permanence besoin de nouveaux dispositifs implantables
et biodégradables. Pour ces applications, les molécules naturelles présentent l’avantage
d’être bien acceptées par l’organisme. L’amidon, peu cher, biocompatible et rapidement
biodégradable est un produit particulièrement bien adapté. Mélangé à un plastifiant, le
glycérol, il peut être mis en forme (cylindres joncs de quelques mm de diamètre) par un
procédé d’extrusion (Procédé de transformation thermo-mécanique qui détruit la struc-
ture native des grains d’amidon pour obtenir un matériau plastique 3D). Afin de mieux
contrôler les propriétés de ce matériau (temps de dégradation dans un milieu physiolo-
gique, par exemple), une très bonne connaissance de sa structure et de son évolution en
milieu aqueux sont nécessaires.
Pour cela, des expériences ont été menées sur la ligne de lumière SWING au synchrotron
Soleil, en parallèle de mesures en imagerie par résonance magnétique (IRM).
Deux types d’échantillons ont été testés : avec et sans plastifiant. Ces recherches ont per-
mis de comprendre, via une caractérisation très fine des changements structuraux, les
différences de comportement des deux types d’échantillon : avec plastifiant, le matériau Partenaires : ce travail a été principalement réalisé dans l’équipe MC2 de l'unité BIA, en
résiste beaucoup mieux à la dégradation par l’eau. Ceci viendrait d’une diffusion plus collaboration avec l’IRSTEA Rennes pour la RMN et le Synchrotron Soleil à Gif-sur-Yvette.
rapide de l’eau dans ce matériau qui pourrait s’expliquer par une organisation structurelle Publication associée : Chevigny C., Chaunier L., Ferbus R., Roblin P., Rondeau-Mouro C.,
différente (présence d’un réseau de cristaux). & Lourdin D. (2018). In-Situ Quantitative and Multiscale Structural Study of Starch-Based
Cette étude ouvre la voie à d’autres, par exemple en remplaçant l’eau par une solution Biomaterials Immersed in Water. Biomacromolecules, 19(3), 838-848.
d’enzymes pour suivre la biodégradation en direct. Contact : Chloé Chevigny, UPR BIA, chloe.chevigny@inra.fr
L’amidon thermoplastique sous une lumière différente
Caractériser son hétérogénéité structurale pour mieux comprendre ses propriétés
(ligne de lumière couvrant la gamme VUV-visible, dédiée à la biologie et la chimie) au
Synchrotron SOLEIL, ainsi que par RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) du solide et
DRX (Diffraction aux Rayons X). En parallèle, le gonflement dans l’eau de ces 3 TPS a été
mesuré.
Cette étude a permis de caractériser spatialement des différences fondamentales dans
les trois échantillons et de mieux comprendre leur fabrication : l’ajout de plastifiant aug-
mente l’hétérogénéité structurale du TPS par la préservation partielle des grains natifs
d’amidon lors de l’extrusion. Par ailleurs, avec le plastifiant le gonflement est à la fois
plus rapide mais aussi plus limité.
Ces résultats remettent en question la relation supposée entre l’homogénéité de la mi-
crostructure du TPS et sa cohésion une fois immergé dans un milieu aqueux. Il serait
maintenant intéressant de comparer l’impact du procédé de production (extrusion, cas-
L’amidon thermoplastique (TPS) est un matériau biosourcé qui représente une alterna- ting) sur la microstructure en utilisant la même démarche que celle de ce travail.
tive durable aux polymères synthétiques car il est peu cher, biocompatible et facile à Partenaires : ce travail a été réalisé dans le cadre du Master 2 de Veronica Nessi dans
mettre en forme par extrusion. Il peut être utilisé pour les applications les plus variées, l'unité BIA, en collaboration avec la plateforme BIBS à Nantes pour les mesures de RMN
de l’alimentaire au biomédical. et le Synchrotron SOLEIL à Gif-sur-Yvette pour l‘imagerie SHG.
Afin d’optimiser les usages du TPS, une compréhension détaillée de sa structure et de ses Publication associée : Nessi V., Rolland-Sabaté A., Lourdin D., Jamme F., Chevigny C.,
propriétés sont nécessaires. De fait, lors du procédé d’extrusion, les grains d’amidon semi & Kansou K. (2018). Multi-scale characterization of thermoplastic starch structure using
cristallins sont partiellement ou totalement fondus. Dans cette étude, la microstructure Second Harmonic Generation imaging and NMR. Carbohydrate Polymers, 194, 80-88.
de trois types de TPS (avec et sans plastifiant, puis sans plastifiant mais recristallisé) a été
analysée par imagerie SHG (Second Harmonic Generation) sur la ligne de lumière DISCO Contact : Chloé Chevigny, UPR BIA, chloe.chevigny@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
10La cellulose pour des superisolants
Des émulsions pour structurer des matériaux biosourcés de très faible conductivité thermique
Le bâtiment, le plus gros consommateur d’énergie en France, est l'un des secteurs clé
pour lutter contre le réchauffement climatique. Un des leviers d’action consiste à travail-
ler sur l’isolation de bâtiments neufs en imposant des normes de consommation plus
sobres en énergie. L’utilisation de matériaux ayant des propriétés superisolantes permet
de réduire l’épaisseur d’isolant nécessaire, ce qui implique également un gain écono-
mique.
Dans cette étude, des aérogels avec des propriétés thermiques de superisolants ont été
préparés en deux étapes à partir de cellulose : (i) une émulsion huile-dans-eau, dite de
Pickering parce qu’elle est stabilisée uniquement par des particules, est produite avec
des nanofibres de cellulose (NFC) pour seul stabilisant. Puis (ii) cette émulsion sans ten-
sioactifs est séchée pour former des aérogels. Ce procédé original permet de former un
réseau alvéolaire régulier de taille micrométrique qui donne à la fois d’excellentes pro-
priétés mécaniques et une conductivité thermique extrêmement faible (0,018 W/m.K),
inférieure à celle de l’air (0,025 W/m.K). De plus, ces matériaux cellulosiques de haute
Partenaires : ce travail a été réalisé par l’unité BIA, en partenariat avec le laboratoire IRDL
porosité et densité faible sont résistants (modules de compression de l’ordre de 1,5 MPa)
(UMR Cnrs 6027) pour les mesures de conductivité thermique.
et peuvent être déformés jusqu'à 60% avant que la structure ne s'effondre.
Publication associée : Jimenez-Saelices C., Seantier B., Grohens Y., & Capron I. (2018).
Ces aérogels superisolants fabriqués avec des nanofibres de cellulose sont aussi com-
Thermal Superinsulating Materials Made from Nanofibrillated Cellulose-Stabilized Pic-
plètement biosourcés. Ils présentent l’avantage d’être biodégradables, biocompatibles et
kering Emulsions. ACS applied materials & interfaces.
renouvelables, ce qui en fait des matériaux particulièrement attractifs.
Contact : Isabelle Capron, UPR BIA,isabelle.capron@inra.fr
Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra)
11Sélection de résultats de recherche 2018 BIA (Inra) 12
L’unité BIA Inra Biopolymères Interactions Assemblages
Unité de recherche
UR 1268 Biopolymères Interactions Assemblages
BIA
Présentation de l’unité
INRA Pays de la Loire
3 impasse Yvette Cauchois Dans un contexte de transitions démographique et alimentaire,
La Géraudière de contraintes environnementale et énergétique, et de prise de
CS 71627 conscience de l’impact de ces facteurs sur la santé publique, les
F - 44316 Nantes Cedex 3 acteurs de l’agriculture, de l’agro-alimentaire et de l’agroforesterie du
XXIème siècle doivent faire face à un enjeu majeur de durabilité des
chaînes de production et d’alimentation. La prise en compte de cette
problématique va entraîner des changements fondamentaux en termes
de production, de transformation, de transport, de distribution, de
consommation, de valorisation, … des matières premières. Pour
accompagner ces scénarii de rupture et promouvoir une agriculture
et une alimentation durables dans ses dimensions bioéconomiques,
sociales, environnementales, sanitaires et culturelles, la recherche
académique doit donc focaliser ses travaux sur cet enjeu majeur.
Dans ce cadre, l’Unité Biopolymères Interactions Assemblages
Contact (BIA), composante du département CEPIA (Caractérisation et
Tél. : +33 (0)2 40 67 50 31 Elaboration des Produits Issus de l’Agriculture), oriente son projet
Fax : +33 (0)2 40 67 50 25 de recherche vers la transformation durable des ressources agricoles
biadir-nantes@inra.fr
et de la biomasse végétale. Il s’agit d’intégrer l’ensemble de la chaîne
www.angers-nantes.inra.fr/bia
de transformation de ces ressources depuis leur construction jusqu’à
leur déconstruction lors de leur utilisation finale.
Direction
Marc Anton, directeur
Bernard Cathala, Marie-Hélène Ropers,
Luc Saulnier, directeurs adjoints
Florence Le Bihan, assistante de direction
Quelques chiffres
71 scientifiques et ingénieurs
48 techniciens et administratifs
39 doctorants et post-doctorants
1 Plateforme Biopolymères Biologie
Structurale (BIBS)
1 UMT Actia Nova2cidre
1 SFR IBSM
5 plateaux dédiés :
Purification de protéines
Production d’anticorps
Protéines recombinantes
Fournil expérimental
Conception et réalisation d’accessoires
pour l’instrumentation scientifique (CRAIS)Thématique de recherche
L’objectif scientifique global de l’unité BIA est de mieux Ces recherches sont conduites au sein des 7 équipes de recherche théma-
comprendre les phases de construction et de déconstruction tiques de l’unité :
des assemblages de biopolymères (protéines, polysaccharides) • L’équipe Paroi Végétale et Polysaccharides Pariétaux (PVPP) a pour objec-
et biomolécules (lipides, composés phénoliques) dans les tif de développer des connaissances autour de la paroi végétale, sa mise en
place, ses évolutions et ses propriétés physicochimiques et mécaniques en lien
organes végétaux, les aliments formulés et les matériaux avec l’aptitude à la transformation et la qualité des produits dérivés de la ma-
bio-sourcés, pour améliorer la qualité et les fonctionnalités tière végétale. Les principales plantes d’intérêt sont la pomme pour les fruits
des agro-ressources natives (graines (blé), fruits charnus charnus, le blé et le maïs pour les grains de céréales et le maïs pour l’aspect
déconstruction des tissus ligno-cellulosiques.
(tomate, pomme)) et développer de nouvelles fonctionnalités
• L’équipe Edifices Lipoprotéiques et Protéo-polysaccharidiques s’inté-
à travers leurs transformations (mousses liquides, solides resse spécifiquement à la structure et à l’assemblage des assises cuticu-
alvéolaires, émulsions, gels, films, particules…) alimentaires laires des fruits (incluant les caryopses de céréales) et à la formation de la
ou non alimentaires, dans un contexte de durabilité. matrice amylo-protéique des grains de céréales.
Pour atteindre cet objectif 3 priorités scientifiques sont • L’objectif de l’équipe Polyphénols Réactivité Procédés est de mieux
connaître la réactivité et le devenir des composés phénoliques lors des
identifiées : procédés de transformation de la pomme en jus et ou en cidre. Il s’agit de
1. Maîtriser la qualité des productions végétales pour caractériser les structures polyphénoliques néoformées et d’étudier leurs
répondre aux différents usages dans un contexte propriétés fonctionnelles (solubilité, interactions macromoléculaires,
d’agriculture durable ; couleur…) pour mieux maitriser les conséquences de cette réactivité sur
les qualités organoleptiques et nutritionnelles.
2. Améliorer et développer des aliments formulés sains et
• L’objectif de l’équipe Interfaces et Systèmes Dispersés est de comprendre
durables pour des fonctionnalités ciblées ; le rôle des assemblages, à différentes échelles, dans les mécanismes de
3. Concevoir des matériaux biosourcés composites dans structuration-stabilité-déstructuration des systèmes dispersés. La struc-
une perspective de valorisation de la biomasse. turation des aliments formulés, via les interactions entre les lipides et les
autres composants du milieu (protéines, polysaccharides), module leur
stabilité physique et chimique, ainsi que leur évolution au cours de leur
digestion simulée in vitro (déconstruction), et sa maitrise permet de pro-
poser des voies d’optimisation des formulations garantissant leurs qualités
nutritionnelles, sanitaires et sensorielles.
• Les objectifs de l’équipe Allergie aux Protéines visent à élucider l’aller-
génicité des aliments (1) par la connaissance de l’allergène et sa structure
(native ou modifiée) au sein de la matrice alimentaire, (2) par l’élucidation
des mécanismes biologiques mis en jeu (passage de la muqueuse intesti-
nale, sensibilisation ou déclenchement de la réaction allergique). A l’aide
de plusieurs modèles cellulaires et animaux, in vitro, ex vivo et in vivo,
nous décomposons les interactions allergènes/organisme à différentes
échelles (moléculaire, cellulaire, tissulaire) et nous étudions les facteurs
de l’environnement qui la modulent.
• Dans le cadre des produits issus de grandes cultures notamment amy-
lacées, les objectifs de l’équipe Matériaux Création et Comportement,
déclinés suivant des échelles structurales croissantes, sont de déterminer
(1) l’organisation moléculaire et supra-moléculaire, des amidons natifs et
les matériaux amylacés, (2) les liens entre les mobilités moléculaires des
biopolymères et le comportement, notamment mécanique, de solides com-
posites, (3) les mécanismes qui régissent la création de solides alvéolaires à
base d’amidon, notamment la croissance de bulles en milieu viscoélastique,
et leur comportement mécanique.
• Les travaux de l’équipe Assemblages Nanostructurés se positionnent
dans le domaine des matériaux biosourcés pour (i) la substitution de ma-
tériaux pétrosourcés par des matériaux issus de ressources renouvelables,
(ii) la réduction de l’impact de l’activité humaine sur l’environnement en
utilisant à la fois des ressources renouvelables et à faibles impacts envi-
ronnementaux, et (iii) la conception de matériaux innovants exploitant
des propriétés spécifiques des polymères d’origine biologique.
Plateforme instrumentale et plateaux techniques
Plateforme Biopolymères Biologie Structurale (BIBS) - Les outils de la plateforme permettent aussi d’évaluer la
La plateforme BIBS propose un variabilité de structure et de composition sur des grandes séries
ensemble de méthodes analytiques d’échantillons. La plateforme BIBS regroupe quatre domaines
permettant de caractériser la analytiques : spectrométrie de masse, RMN, microscopie, et
structure fine, l’organisation, les phénotypage / chemotypage. Elle est labellisée IBISA, fait
interactions et la localisation des partie du GIS BioGenOuest et est certifiée ISO9001.
biopolymères d’origine végétale Contact : Hélène Rogniaux, www.bibs.inra.fr
ou animale dans des systèmes Cinq plateaux complètent le dispositif de l’unité BIA :
biologiques • Purification de protéines - Véronique Solé
(plantes, organes, cellules…), des aliments et des matériaux bio- • Production d’anticorps - Olivier Tranquet
sourcés. Cette caractérisation structurale couvre des échelles • Protéines recombinantes - Véronique Solé
allant du nanomètre au millimètre. Elle permet de décrire • Fournil expérimental - Hubert Chiron
très précisément l’architecture des systèmes en lien avec leurs • Conception et réalisation d’accessoires pour
propriétés biologiques, fonctionnelles ou technologiques. l’instrumentation scientifique (CRAIS) - Patrice Papineau
BIA - 3 impasse Yvette Cauchois - La Géraudière - CS 71627 - F - 44316 Nantes Cedex 3
Tél. : +33 (0)2 40 67 50 31 - Contact : biadir-nantes@inra.fr - Info : www.angers-nantes.inra.fr/biaVous pouvez aussi lire
