FR3063657A1 - SILICA ALVEOLAR BALLS, PROCESS FOR THEIR PREPARATION, USE AS BIOCATALYSTS, BIOCATALYSIS PROCESS USING SAID BALLS, OTHER USES - Google Patents

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Renal Backov
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Martin Depardieu
Deniz Pekin
Armand Roucher
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J13/00Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/02Making microcapsules or microballoons
    • B01J13/06Making microcapsules or microballoons by phase separation
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Abstract

L'invention concerne une bille alvéolaire de silice comprenant un cœur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des microorganismes dotés d'une activité catalytique (e.g. bactéries) dispersés dans ladite mousse, et une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur, son procédé de préparation, l'utilisation de ladite bille comme biocatalyseur hétérogène, un procédé de biocatalyse mettant en œuvre ladite au moins une bille, un système catalytique comprenant des billes ayant des microorganismes différents, et les utilisations de ladite bille pour la production d'énergie, la réduction de contaminants et la production de protéines recombinantes.The invention relates to a cellular alveolar ball comprising a core containing a hierarchically porous silica foam and microorganisms having a catalytic activity (eg bacteria) dispersed in said foam, and a porous solid silica envelope surrounding said core, its method of preparation, the use of said ball as a heterogeneous biocatalyst, a biocatalyst process employing said at least one ball, a catalyst system comprising beads having different microorganisms, and the uses of said ball for the production of energy , the reduction of contaminants and the production of recombinant proteins.

Description

Titulaire(s) : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Etablissement public, UNIVERSITE DE BORDEAUX Etablissement public.Holder (s): NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH Public establishment, UNIVERSITY OF BORDEAUX Public establishment.

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Mandataire(s) : IPSILON Société par actions simplifiée.Agent (s): IPSILON Simplified joint-stock company.

BILLES ALVEOLAIRES DE SILICE, PROCEDE DE PREPARATION, UTILISATION COMME BIOCATALYSEURS, PROCEDE DE BIOCATALYSE METTANT EN OEUVRE LESDITES BILLES, AUTRES UTILISATIONS.ALVEOLAR SILICA BEADS, PREPARATION PROCESS, USE AS BIOCATALYSTS, BIOCATALYSIS PROCESS USING THE SAME, OTHER USES.

FR 3 063 657 - A1 (5j) L'invention concerne une bille alvéolaire de silice comprenant un coeur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des microorganismes dotés d'une activité catalytique (e.g. bactéries) dispersés dans ladite mousse, et une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit coeur, son procédé de préparation, l'utilisation de ladite bille comme biocatalyseur hétérogène, un procédé de biocatalyse mettant en oeuvre ladite au moins une bille, un système catalytique comprenant des billes ayant des microorganismes différents, et les utilisations de ladite bille pour la production d'énergie, la réduction de contaminants et la production de protéines recombinantes.FR 3,063,657 - A1 (5d) The invention relates to a cellular silica ball comprising a core containing a silica foam with hierarchical porosity and microorganisms endowed with a catalytic activity (eg bacteria) dispersed in said foam, and an envelope solid porous silica surrounding said core, its preparation process, the use of said ball as a heterogeneous biocatalyst, a biocatalysis process using said at least one ball, a catalytic system comprising beads having different microorganisms, and the uses of said bead for energy production, reduction of contaminants and production of recombinant proteins.

Figure FR3063657A1_D0001
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BILLES ALVÉOLAIRES DE SILICE, PROCÉDÉ DE PRÉPARATION, UTILISATION COMME BIOCATALYSEURS, PROCÉDÉ DE BIOCATALYSE METTANT EN ŒUVRE LESDITES BILLES, AUTRES UTILISATIONSALVEOLAR SILICA BEADS, PREPARATION METHOD, USE AS BIOCATALYSTS, BIOCATALYSIS PROCESS USING THE SAME, OTHER USES

L'invention concerne une bille alvéolaire de silice comprenant un cœur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des microorganismes dotés d'une activité catalytique (e.g. bactéries) dispersés dans ladite mousse, et une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur, son procédé de préparation, l'utilisation de ladite bille comme biocatalyseur hétérogène, un procédé de biocatalyse mettant en œuvre ladite au moins une bille, un système catalytique comprenant des billes ayant des microorganismes différents, et les utilisations de ladite bille pour la production d'énergie, la réduction de contaminants et la production de protéines recombinantes.The invention relates to a cellular silica ball comprising a core containing a silica foam with hierarchical porosity and microorganisms endowed with a catalytic activity (eg bacteria) dispersed in said foam, and a solid porous envelope of silica surrounding said core, its preparation process, the use of said ball as a heterogeneous biocatalyst, a biocatalysis process using said at least one ball, a catalytic system comprising beads having different microorganisms, and the uses of said ball for energy production , reduction of contaminants and production of recombinant proteins.

L'invention s'applique typiquement, mais non exclusivement au domaine des biotechnologies, en particulier à l'utilisation de supports immobilisant des microorganismes (levures, bactéries, champignons microscopiques, algues), des cellules animales ou végétales, à titre de biocatalyseurs.The invention typically applies, but not exclusively to the field of biotechnology, in particular to the use of supports immobilizing microorganisms (yeasts, bacteria, microscopic fungi, algae), animal or plant cells, as biocatalysts.

Il est notamment connu d'encapsuler des bactéries dans des polymères organiques, des matériaux inorganiques ou des matériaux hybrides organiques-inorganiques.It is notably known to encapsulate bacteria in organic polymers, inorganic materials or organic-inorganic hybrid materials.

À titre d'exemples de matériaux inorganiques, on peut citer les gels de silice, et notamment ceux décrits dans Coiffier et al. [J. Mater. Chem., 2001, 8, 2039-2044]. Toutefois, le volume libre autour des bactéries encapsulées dans ces gels est insuffisant pour leur permettre de se diviser et de proliférer. Par ailleurs, les gels de silice sont connus pour posséder des propriétés mécaniques insuffisantes.As examples of inorganic materials, mention may be made of silica gels, and in particular those described in Coiffier et al. [J. Mater. Chem., 2001, 8, 2039-2044]. However, the free volume around the bacteria encapsulated in these gels is insufficient to allow them to divide and proliferate. Furthermore, silica gels are known to have insufficient mechanical properties.

Afin de remédier à ces problèmes, Depardieu et al. [J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2290-2303] ont décrit l'encapsulation et la prolifération de bactéries dans une mousse de silice obtenue par méthodologie polyHIPE (High Internai Phase Emulsion). Toutefois, bien que ces mousses permettent la colonisation de bactéries, elles ne sont pas adaptées pour permettre leur confinement. En particulier, les bactéries encapsulées dans la mousse se diffusent à l'extérieur de ladite mousse, la rendant difficilement utilisable comme support biocatalytique pouvant notamment être recyclé.In order to remedy these problems, Depardieu et al. [J. Mater. Chem. B, 2016, 4, 2290-2303] described the encapsulation and proliferation of bacteria in a silica foam obtained by polyHIPE methodology (High Internai Phase Emulsion). However, although these foams allow the colonization of bacteria, they are not adapted to allow their containment. In particular, the bacteria encapsulated in the foam diffuse outside said foam, making it difficult to use as a biocatalytic support which can in particular be recycled.

Par ailleurs, la demande internationale WO2014/206819 a décrit un matériau hybride organique-inorganique sous la forme de billes millimétriques contenant un cœur poreux de silice et d'alginate et une enveloppe poreuse contenant de la silice et un polymère organique polycationique tel que le chlorure de poly(diallyldiméthylammonium). Ces billes peuvent contenir des entités d'origine biologique. La demande internationale WO2014/206819 a décrit également l'utilisation de ces billes encapsulant une microalgue pour produire de l'oxygène par voie photochimique. Ces billes peuvent être endommagées et/ou ne pas être adaptées pour pouvoir maintenir une croissance continue des entités d'origine biologique au sein des billes, selon le type d'entité utilisé. En particulier, les bactéries peuvent dégrader l'alginate des billes et/ou avoir une croissance limitée compte tenu de l'élasticité de l'alginate.Furthermore, international application WO2014 / 206819 describes an organic-inorganic hybrid material in the form of millimeter beads containing a porous core of silica and alginate and a porous envelope containing silica and a polycationic organic polymer such as chloride poly (diallyldimethylammonium). These beads may contain entities of biological origin. International application WO2014 / 206819 also describes the use of these beads encapsulating a microalga to produce oxygen by photochemical route. These beads may be damaged and / or not be adapted to be able to maintain continuous growth of the entities of biological origin within the beads, depending on the type of entity used. In particular, bacteria can degrade the alginate of the beads and / or have limited growth due to the elasticity of the alginate.

Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients précités, et notamment de fournir un matériau qui puisse être utilisé comme biocatalyseur et qui présente de bonnes performances catalytiques en termes d'efficacité et de recyclage.The object of the present invention is to overcome all or part of the aforementioned drawbacks, and in particular to provide a material which can be used as a biocatalyst and which has good catalytic performance in terms of efficiency and recycling.

L'invention a donc pour premier objet une bille alvéolaire de silice caractérisée en ce qu'elle comprend :The first object of the invention is therefore a cellular silica ball, characterized in that it comprises:

- un cœur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des microorganismes dispersés dans ladite mousse, eta core containing a silica foam with hierarchical porosity and microorganisms dispersed in said foam, and

- une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur, lesdits microorganismes étant dotés d'une activité catalytique.a solid porous envelope of silica surrounding said core, said microorganisms being endowed with catalytic activity.

L’activité catalytique d’un microorganisme est la propriété mesurée par l’accroissement du taux de conversion (i.e. la vitesse de la réaction multipliée par le volume) d’une réaction chimique donnée catalysée par le microorganisme.The catalytic activity of a microorganism is the property measured by the increase in the conversion rate (i.e. the speed of the reaction multiplied by the volume) of a given chemical reaction catalyzed by the microorganism.

Dans un mode de réalisation, la mousse de silice représente une matrice inorganique constituée par un oxyde de silicium ou un oxyde mixte de silicium et d'au moins un métal M choisi parmi Ti, Zr, Th, Sn, B, Nb, Ta, Al, V et W.In one embodiment, the silica foam represents an inorganic matrix constituted by a silicon oxide or a mixed oxide of silicon and at least one metal M chosen from Ti, Zr, Th, Sn, B, Nb, Ta, Al, V and W.

Dans la présente invention, l'expression « mousse de silice à porosité hiérarchisée » signifie que la mousse de silice comprend des macropores (diamètre supérieur à environ 50 nm), des mésopores (diamètre compris entre 2 et 50 nm environ (bornes incluses)) et des micropores (diamètre inférieur à environ 2 nm).In the present invention, the expression “silica foam with hierarchical porosity” means that the silica foam comprises macropores (diameter greater than about 50 nm), mesopores (diameter between 2 and 50 nm approximately (limits included)) and micropores (diameter less than about 2 nm).

Selon une forme de réalisation de l'invention, la mousse de silice comprend de préférence des macropores ayant une dimension moyenne dA de 0,5 pm à 100 pm, et de préférence de 1 pm à 60 pm, des mésopores ayant une dimension moyenne dE de 2 à 50 nm, et de préférence de 20 à 50 Â, et des micropores ayant une dimension moyenne dide 5 à 15 Â, et de préférence de 7 à 10 Â, lesdits pores étant interconnectés.According to one embodiment of the invention, the silica foam preferably comprises macropores having an average dimension d A of 0.5 pm to 100 pm, and preferably from 1 pm to 60 pm, mesopores having an average dimension d E from 2 to 50 nm, and preferably from 20 to 50 Å, and micropores having an average dide size 5 to 15 Å, and preferably from 7 to 10 Å, said pores being interconnected.

Les macropores peuvent être identifiés par microscopie électronique à balayage (MEB) et quantifiés par des mesures d’intrusion mercure.Macropores can be identified by scanning electron microscopy (SEM) and quantified by mercury intrusion measurements.

La mésoporosité peut être identifiée par microscopie électronique à balayage (MEB). La texture vermiculaire de la mésoporosité peut être identifiée par diffraction des rayons X (RX), cette technique servant également à quantifier la distance de pore à pore. La mésoporosité et la microporosité peuvent être quantifiées et ségrégées par une technique d’adsorption-désorption d’azote dont le dépouillement se fait par la méthode de calcul B.E.T. (globalisant mésoporosité et microporosité) et par la méthode de calcul B.J.H. selon laquelle la ségrégation entre microporosité et mésoporosité devient effective.Mesoporosity can be identified by scanning electron microscopy (SEM). The vermicular texture of mesoporosity can be identified by X-ray diffraction (RX), this technique also used to quantify the pore-to-pore distance. Mesoporosity and microporosity can be quantified and segregated by a nitrogen adsorption-desorption technique, which is analyzed using the B.E.T. (globalizing mesoporosity and microporosity) and by the B.J.H. that segregation between microporosity and mesoporosity becomes effective.

Les microorganismes encapsulés dans la bille alvéolaire de silice peuvent être choisis parmi des bactéries, des levures, des microalgues, des virus, des spores et des champignons, et de préférence parmi les bactéries.The microorganisms encapsulated in the alveolar silica bead can be chosen from bacteria, yeasts, microalgae, viruses, spores and fungi, and preferably from bacteria.

Les microorganismes, et en particulier les bactéries, peuvent passer de pore en pore par les interconnexions et développer des colonies au sein de la mousse de silice. De préférence, au niveau local, les microorganismes prennent place sur les parois des pores et grossissent jusqu'à emplir tout l'espace disponible dans la porosité.Microorganisms, and in particular bacteria, can pass from pore to pore through the interconnections and develop colonies within the silica foam. Preferably, at the local level, the microorganisms take place on the walls of the pores and enlarge until filling all the space available in the porosity.

Les microorganismes peuvent rester confinés dans la mousse pendant au moins 2 semaines. Ils peuvent également proliférer/coloniser sans perdre leur activité catalytique. L'enveloppe poreuse solide de silice est donc adaptée pour éviter la diffusion des microorganismes à l'extérieur des billes, tout en étant suffisamment perméable pour permettre une activité catalytique.Microorganisms can remain confined in the foam for at least 2 weeks. They can also proliferate / colonize without losing their catalytic activity. The solid porous silica envelope is therefore suitable for preventing the diffusion of microorganisms outside the beads, while being sufficiently permeable to allow catalytic activity.

La bille alvéolaire de silice telle que définie dans l'invention, et en particulier les microorganismes contenus dans la bille, peut catalyser des réactions chimiques en phase liquide.The cellular silica ball as defined in the invention, and in particular the microorganisms contained in the ball, can catalyze chemical reactions in the liquid phase.

À titre d'exemples de bactéries, on peut citer les bactéries E. Coli dotées d'une activité catalytique, en particulier celles surexprimant la Lasparaginase ou l'aspartate oxydase ou les cyanobactéries dotées d'une activité catalytique.Examples of bacteria include E. Coli bacteria with catalytic activity, in particular those overexpressing Lasparaginase or aspartate oxidase or cyanobacteria with catalytic activity.

L'épaisseur de l'enveloppe poreuse solide de silice est de préférence comprise entre 2 et 12 pm environ, et de préférence encore comprise entre 5 et 10 pm environ (bornes incluses).The thickness of the solid porous silica shell is preferably between 2 and 12 μm approximately, and more preferably between 5 and 10 μm (limits included).

L'enveloppe poreuse solide de silice présente une surface spécifique par la méthode BET allant de 60 à 70 m2/g environ.The solid porous silica envelope has a specific surface by the BET method ranging from approximately 60 to 70 m 2 / g.

L'enveloppe poreuse solide de silice comprend des mésopores, notamment de dimension moyenne comprise entre 2 et 20 nm environ, et de préférence de dimension moyenne comprise entre 2 et 10 nm environ (bornes incluses).The solid porous silica envelope comprises mesopores, in particular of average size between 2 and 20 nm approximately, and preferably of average size between 2 and 10 nm approximately (limits included).

La bille alvéolaire de silice est de préférence sphérique (empreinte de la forme des gouttes qui leur ont servi de moule : cf. procédé décrit ci-après).The alveolar ball of silica is preferably spherical (imprint of the shape of the drops which served them as a mold: cf. process described below).

Elle présente généralement un diamètre moyen compris entre 1 et 6 mm environ, et de préférence encore compris entre 1 et 2 mm environ (bornes incluses).It generally has an average diameter of between 1 and 6 mm approximately, and more preferably between 1 and 2 mm (terminals included).

L'invention a pour deuxième objet un procédé de préparation de billes de silice alvéolaires conformes au premier objet de l'invention (combinant la chimie sol-gel et une émulsion concentrée), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :The second object of the invention is a process for the preparation of cellular silica beads in accordance with the first subject of the invention (combining sol-gel chemistry and a concentrated emulsion), characterized in that it comprises the following steps:

i) on prépare une solution aqueuse acide contenant un tensioactif TAi et au moins un alcoxyde de silicium précurseur de l’oxyde de silicium formant la mousse de silice, ii) on prépare une émulsion en introduisant une première phase huileuse dans la solution aqueuse acide de l'étape i) ;i) an acidic aqueous solution is prepared containing a surfactant TAi and at least one silicon alkoxide precursor of the silicon oxide forming the silica foam, ii) an emulsion is prepared by introducing a first oily phase into the acidic aqueous solution of step i);

iii) on ajoute goutte à goutte l'émulsion de l'étape ii) dans une deuxième phase huileuse et le mélange résultant est laissé à température ambiante pendant au moins 24h pour former une mousse de silice à porosité hiérarchisée sous la forme de billes, iv) on lave les billes,iii) the emulsion of step ii) is added dropwise in a second oily phase and the resulting mixture is left at room temperature for at least 24 hours to form a silica foam with hierarchical porosity in the form of beads, iv ) the beads are washed,

v) on calcine les billes, vi) on incube des microorganismes dotés d'une activité catalytique dans les billes de l'étape v) et on les colonise pour former un cœur en mousse de silice à porosité hiérarchisée dans laquelle les microorganismes dotés d'une activité catalytique sont dispersés, et vii) on forme une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur.v) calcining the beads, vi) incubating microorganisms with catalytic activity in the beads of step v) and colonizing them to form a silica foam core with hierarchical porosity in which the microorganisms with a catalytic activity are dispersed, and vii) a solid porous envelope of silica is formed surrounding said core.

La solution aqueuse acide de précurseur de l’oxyde de silicium de l'étape i) contient au moins un alcoxyde de silicium précurseur de l’oxyde de silicium. Lorsque la mousse de silice représente une matrice inorganique constituée par un oxyde mixte de silicium, on utilise un mélange de précurseurs parmi lesquels au moins l’un est un alcoxyde de silicium précurseur de l’oxyde de silicium et l'autre est un alcoxyde ou un non alcoxyde d'un métal M tel que défini dans l'invention.The acidic aqueous solution of the silicon oxide precursor of step i) contains at least one silicon alkoxide which is the precursor of the silicon oxide. When the silica foam represents an inorganic matrix constituted by a mixed silicon oxide, a mixture of precursors is used, at least one of which is a silicon alkoxide precursor of silicon oxide and the other is an alkoxide or a non-alkoxide of a metal M as defined in the invention.

Comme exemples d’alcoxydes de silicium, on peut citer les composés R'n(OR.)m-nSi dans lesquels Si a la valence m, 0 < n < m, R représente un radical alkyle ayant de 1 à 5 atomes de carbone, R.' représente un radical alkyle ou un radical aryle qui porte éventuellement un ou plusieurs groupes fonctionnels. On peut citer par exemple Si(OR)4. Les alcoxydes dans lesquels R est un méthyle ou un éthyle sont particulièrement préférés.As examples of silicon alkoxides, mention may be made of the compounds R'n (OR.) M -nSi in which Si has the valence m, 0 <n <m, R represents an alkyl radical having from 1 to 5 carbon atoms , R. ' represents an alkyl radical or an aryl radical which optionally carries one or more functional groups. We can cite for example Si (OR) 4 . The alkoxides in which R is methyl or ethyl are particularly preferred.

Comme exemples d'alcoxydes de métal M, on peut citer les composés R'n(OR)m-nM dans lesquels M représente un métal ayant la valence m, 0 < n < m, R représente un radical alkyle ayant de 1 à 5 atomes de carbone, R' représente un radical alkyle ou un radical aryle qui porte éventuellement un ou plusieurs groupes fonctionnels. On peut citer par exemple Ti(OR)4, Zr(OR)4, Th(OR)4, Nb(OR)5, Ta(OR)5 et AI(OR)3. On peut également citer les composés VO(OR)3 et W(0R)6. Les alcoxydes dans lesquels R est un méthyle ou un éthyle sont particulièrement préférés.As examples of metal alkoxides M, mention may be made of the compounds R'n (OR) m-nM in which M represents a metal having the valence m, 0 <n <m, R represents an alkyl radical having from 1 to 5 carbon atoms, R 'represents an alkyl radical or an aryl radical which optionally carries one or more functional groups. One can quote for example Ti (OR) 4 , Zr (OR) 4 , Th (OR) 4 , Nb (OR) 5 , Ta (OR) 5 and AI (OR) 3 . Mention may also be made of the compounds VO (OR) 3 and W (0R) 6 . The alkoxides in which R is methyl or ethyl are particularly preferred.

Les précurseurs non alcoxydes de métal M peuvent être choisis parmi les hydroxydes tels que AI(OH)3, les oxydes tels que B2O3 ou V2O5, les chlorures tels que SnCI4, ZrCI4 ou TiCI4, les oxychlorures tels que ZrOCI2.2H2O, et les oxydes mixtes tels que le métavanadate de sodium.The non-alkoxide metal precursors M can be chosen from hydroxides such as AI (OH) 3 , oxides such as B 2 O 3 or V 2 O 5 , chlorides such as SnCI 4 , ZrCI 4 or TiCI 4 , oxychlorides such as ZrOCI 2 .2H 2 O, and mixed oxides such as sodium metavanadate.

Par exemple, une mousse de silice est obtenue à partir d'une solution aqueuse acide d'un alcoxyde R'n(OR)4-nSi dans lequel R, R' et n ont la signification précédente ; ou à partir d'une solution aqueuse acide d'un alcoxyde de silicium et d'un alcoxyde de métal M ou d'un non alcoxyde de métal M.For example, a silica foam is obtained from an acidic aqueous solution of an alkoxide R ' n (OR) 4 - n Si in which R, R' and n have the previous meaning; or from an acidic aqueous solution of a silicon alkoxide and a metal alkoxide M or a non-metal alkoxide M.

À titre de précurseur de l'oxyde de métal M, on préférera utiliser des alcoxydes de métal M.As the precursor of metal oxide M, it is preferable to use metal alkoxides M.

La concentration en tensioactif TAi est de préférence supérieure à 10% en masse par rapport à la quantité totale d’eau. Cela peut permettre d'obtenir un milieu réactionnel initial visqueux et de favoriser l’émulsification de l'étape suivante ii).The TAi surfactant concentration is preferably greater than 10% by mass relative to the total amount of water. This can make it possible to obtain an initial viscous reaction medium and to promote the emulsification of the next step ii).

La concentration en précurseur de l’oxyde de silicium est, de préférence, supérieure à 10% en masse par rapport à la masse totale de la solution aqueuse acide. Cela peut permettre d'obtenir une minéralisation totale et une bonne tenue mécanique.The concentration of silicon oxide precursor is preferably greater than 10% by mass relative to the total mass of the acidic aqueous solution. This can make it possible to obtain total mineralization and good mechanical strength.

De préférence, le pH de la solution aqueuse acide de l'étape i) a une valeur inférieure ou égale à 1,2, et de préférence encore inférieure à 1.Preferably, the pH of the acidic aqueous solution of step i) has a value less than or equal to 1.2, and more preferably still less than 1.

Ce pH est généralement atteint par addition d'une quantité appropriée d'acide tel que HCl.This pH is generally reached by adding an appropriate amount of acid such as HCl.

Lors de l’étape i), l'alcoxyde subit une hydrolyse qui donne un composé hydroxylé, ledit composé hydroxylé se condensant ensuite pour former la mousse de silice. La durée de l’hydrolyse est typiquement de quelques minutes. La durée de la condensation dépend du pH du milieu. Lorsque le pH du milieu réactionnel est inférieur à 1, voire négatif, la durée de la condensation est de l’ordre de 2 à 3 heures. Lorsque le pH tend vers 2,1 (qui représente le point isoélectrique de la silice), la condensation est plus lente et nécessite typiquement au moins une quinzaine de jours.In step i), the alkoxide undergoes hydrolysis which gives a hydroxylated compound, said hydroxylated compound then condensing to form the silica foam. The duration of the hydrolysis is typically a few minutes. The duration of the condensation depends on the pH of the medium. When the pH of the reaction medium is less than 1, or even negative, the duration of the condensation is of the order of 2 to 3 hours. When the pH tends to 2.1 (which represents the isoelectric point of silica), the condensation is slower and typically requires at least a fortnight.

L’étape d’hydrolyse/condensation de précurseurs du type alcoxyde est effectuée avantageusement à une température proche de la température ambiante (i.e. 20-25°C).The hydrolysis / condensation step of precursors of the alkoxide type is advantageously carried out at a temperature close to room temperature (i.e. 20-25 ° C).

Lorsque la solution aqueuse acide de précurseur contient en outre au moins un précurseur autre qu’un alcoxyde, la condensation peut s'effectuer en deux étapes, la condensation du (des) alcoxyde(s) étant catalysée par le pH du milieu, la condensation subséquente du (des) précurseur(s) non alcoxyde(s) étant éventuellement catalysée par chauffage.When the acidic aqueous solution of precursor additionally contains at least one precursor other than an alkoxide, the condensation can be carried out in two stages, the condensation of the alkoxide (s) being catalyzed by the pH of the medium, the condensation subsequent non-alkoxide precursor (s) being optionally catalyzed by heating.

La première phase huileuse de l'étape ii) est de préférence constituée par un ou plusieurs composés choisis parmi les alcanes linéaires ou ramifiés ayant au moins 12 atomes de carbone. À titre d’exemple, on peut citer le dodécane ou l’hexadécane. La première phase huileuse peut en outre être constituée par une huile de silicone de faible viscosité, c'est-à-dire inférieure à 350 Cst environ (à 25°C).The first oily phase of step ii) preferably consists of one or more compounds chosen from linear or branched alkanes having at least 12 carbon atoms. Examples include dodecane or hexadecane. The first oily phase can also consist of a silicone oil of low viscosity, that is to say less than 350 Cst approximately (at 25 ° C).

La fraction volumique première phase huileuse/phase aqueuse est de préférence inférieure à 0,78.The volume fraction of the first oily phase / aqueous phase is preferably less than 0.78.

La fraction volumique première phase huileuse/phase aqueuse permet de contrôler la taille des macropores. Une augmentation de ladite fraction volumique entraîne une augmentation de la viscosité du milieu réactionnel, et par conséquent du cisaillement lors de l'agitation. Les gouttelettes dans l'émulsion deviennent plus petites. Une diminution de la dimension des gouttelettes peut provoquer une diminution de l'épaisseur des parois desdites gouttelettes, lesdites parois formant la structure de la mousse de silice à porosité hiérarchisée et assurant sa tenue mécanique. Ainsi, lorsque la fraction volumique première phase huileuse/phase aqueuse est inférieure à 0,78, la résistance mécanique des billes de silice est optimisée.The volume fraction of the first oily phase / aqueous phase makes it possible to control the size of the macropores. An increase in said volume fraction results in an increase in the viscosity of the reaction medium, and consequently in the shear during stirring. The droplets in the emulsion become smaller. A decrease in the size of the droplets can cause a reduction in the thickness of the walls of said droplets, said walls forming the structure of silica foam with hierarchical porosity and ensuring its mechanical strength. Thus, when the volume fraction of the first oily phase / aqueous phase is less than 0.78, the mechanical resistance of the silica beads is optimized.

La viscosité du milieu réactionnel augmente de manière exponentielle lorsque la fraction volumique augmente. Pour les valeurs faibles de fraction volumique (i.e. inférieures à 0,6), la première phase huileuse est avantageusement introduite en une seule fois dans la solution aqueuse acide de tensioactif TAi et de précurseur.The viscosity of the reaction medium increases exponentially when the volume fraction increases. For low values of volume fraction (i.e. less than 0.6), the first oily phase is advantageously introduced all at once in the acidic aqueous solution of surfactant TAi and of precursor.

Dans ce mode de réalisation particulier, l'émulsification du mélange réactionnel est effectuée à l'aide de moyens énergiques, tels que par exemple un dispositif Ultraturax®.In this particular embodiment, the emulsification of the reaction mixture is carried out using energetic means, such as for example an Ultraturax® device.

Pour les valeurs plus élevées de fraction volumique (i.e. supérieures à 0,6), il est préférable d'introduire la première phase huileuse goutte à goutte ou sous forme d'un filet continu dans la solution aqueuse acide contenant le tensioactif et le précurseur.For higher values of volume fraction (i.e. greater than 0.6), it is preferable to introduce the first oily phase dropwise or in the form of a continuous stream into the acidic aqueous solution containing the surfactant and the precursor.

Dans ce mode de réalisation particulier, l'émulsification est effectuée à l'aide de moyens peu énergiques, tels que par exemple un moulin colloïdal.In this particular embodiment, the emulsification is carried out using low energy means, such as for example a colloid mill.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la fraction volumique première phase huileuse/phase aqueuse est supérieure à 0,6. Cela permet de favoriser les interconnexions entre les gouttes.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the volume fraction of the first oily phase / aqueous phase is greater than 0.6. This promotes the interconnections between the drops.

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la première phase huileuse est introduite goutte à goutte dans la solution aqueuse acide de l'étape i).According to a particularly preferred embodiment of the invention, the first oily phase is introduced dropwise into the acidic aqueous solution of step i).

Le tensioactif TAi peut être un tensioactif cationique choisi notamment parmi les bromures d'alkyltriméthylammonium tels que le bromure de tétradécyltriméthylammonium (TTAB) ou le bromure de dodécyltriméthylammonium.The TAi surfactant can be a cationic surfactant chosen in particular from alkyltrimethylammonium bromides such as tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB) or dodecyltrimethylammonium bromide.

L'émulsion de l'étape ii), composée d'une huile dispersée dans une phase aqueuse, donne au cœur en mousse de silice sa macroporosité en agissant comme une empreinte molle.The emulsion from step ii), composed of an oil dispersed in an aqueous phase, gives the silica foam core its macroporosity by acting as a soft imprint.

De préférence, l'étape ii) ne met pas en œuvre de nanoparticules de silice.Preferably, step ii) does not use silica nanoparticles.

Au cours de l'étape iii), l'émulsion obtenue à l'issue de l'étape ii) est de préférence déposée goutte à goutte dans la deuxième phase huileuse.During step iii), the emulsion obtained at the end of step ii) is preferably deposited dropwise in the second oily phase.

Le dépôt peut se faire à l'aide d'une pipette (de transfert).The deposit can be made using a pipette (transfer).

La deuxième phase huileuse est de préférence contenue dans un cristallisoir pendant l'étape iii).The second oily phase is preferably contained in a crystallizer during step iii).

Au cours de l'étape iii), le mélange résultant est laissé de préférence à température ambiante pendant 2 jours, et de préférence encore pendant 3 jours.During step iii), the resulting mixture is preferably left at room temperature for 2 days, and more preferably for 3 days.

La proportion massique d'émulsion issue de l'étape ii) dans la deuxième phase huileuse lors de l'étape iii) varie de préférence de 1% à 50% en masse environ, par rapport à la masse de la deuxième phase huileuse.The proportion by mass of emulsion from step ii) in the second oily phase during step iii) preferably varies from 1% to 50% by mass approximately, relative to the mass of the second oily phase.

La deuxième phase huileuse de l'étape iii) peut être choisie parmi les huiles silicones.The second oily phase of step iii) can be chosen from silicone oils.

La deuxième phase huileuse a de préférence une viscosité d'au moins 350 cSt environ, et de préférence encore comprise entre 350 et 1000 cSt environ (bornes incluses) (à 25°C). Par conséquent, la deuxième phase huileuse est généralement une huile très visqueuse.The second oily phase preferably has a viscosity of at least 350 cSt approximately, and more preferably between 350 and 1000 cSt approximately (limits included) (at 25 ° C.). Consequently, the second oily phase is generally a very viscous oil.

Dans la présente invention, la viscosité en cSt (mesurée à 25°C) ne concerne que des fluides newtoniens (première et deuxième phase huileuses). La viscosité est donc indépendante de l'appareil utilisé pour mesurer ladite viscosité et de la vitesse de cisaillement.In the present invention, the viscosity in cSt (measured at 25 ° C.) relates only to Newtonian fluids (first and second oily phase). The viscosity is therefore independent of the device used to measure said viscosity and of the shear rate.

L'utilisation d'une huile très visqueuse permet de limiter les forces de capillarité, et ainsi éviter que les gouttes d'émulsion se collent entres elles et condensent sous forme d'agrégats.The use of a very viscous oil makes it possible to limit the capillary forces, and thus prevent the emulsion drops from sticking together and condensing in the form of aggregates.

Lors de l'étape iii), la condensation de la silice prend place.During step iii), the condensation of the silica takes place.

L'étape iii) permet de mettre en forme la mousse de silice à porosité hiérarchisée sous la forme de billes.Step iii) makes it possible to shape the silica foam with hierarchical porosity in the form of beads.

À l'issue de l'étape iii), les billes en mousse de silice présentent une porosité ouverte.At the end of step iii), the silica foam balls have an open porosity.

De préférence, l'étape iii) ne met pas en œuvre de nanoparticules de silice.Preferably, step iii) does not use silica nanoparticles.

L'étape iv) est de préférence effectuée plusieurs fois, par exemple en utilisant un mélange équivolumique tétrahydrofurane (THF)/acétone.Step iv) is preferably carried out several times, for example using an equivolumic tetrahydrofuran (THF) / acetone mixture.

La mousse de silice obtenue après l'étape iv) présente les trois degrés de porosité (microporosité, mésoporosité et macroporosité).The silica foam obtained after step iv) has the three degrees of porosity (microporosity, mesoporosity and macroporosity).

Cependant, les pores peuvent être obturés par des résidus organiques. Les résidus organiques provenant de la première phase huileuse se trouvent essentiellement dans les macropores et peuvent être éliminés par simple lavage, par exemple à l’aide d’un solvant organique volatil tel que l’acétone, le THF ou leurs mélanges. Les résidus organiques provenant du tensioactif TAi se trouvent essentiellement dans les mésopores et peuvent être éliminés par une calcination (cf. étape suivante v)).However, the pores can be blocked by organic residues. Organic residues from the first oily phase are mainly found in macropores and can be removed by simple washing, for example using a volatile organic solvent such as acetone, THF or their mixtures. The organic residues originating from the surfactant TAi are mainly found in the mesopores and can be removed by calcination (cf. next step v)).

La calcination v) a pour effet de libérer la mésoporosité (par calcination du tensioactif) et de fritter les billes, ce qui les densifie.The calcination v) has the effect of releasing the mesoporosity (by calcination of the surfactant) and of sintering the beads, which densifies them.

L'étape v) peut durer de lh à 12h, et de préférence de 4h à 8 h environ.Step v) can last from 1 hour to 12 hours, and preferably from 4 hours to 8 hours approximately.

La température de l'étape v) varie généralement de 150 à 750°C environ.The temperature of step v) generally varies from 150 to 750 ° C. approximately.

L'étape v) comprend de préférence une première sous-étape de chauffage à une température variant de 150 à 250°C environ, pendant notamment 1 à 3h environ, puis une deuxième sous-étape de chauffage à une température variant de 550 à 750°C environ, pendant notamment 4 à 8h environ.Step v) preferably comprises a first heating sub-step at a temperature varying from approximately 150 to 250 ° C., in particular for approximately 1 to 3 hours, then a second heating sub-step at a temperature varying from 550 to 750 ° C approximately, for 4 to 8 hours in particular.

La deuxième sous-étape de chauffage peut être effectuée à une vitesse de chauffe comprise entre l°C/min et 10°C/min environ, et de préférence comprise entre l°C/min et 5°C/min (bornes incluses).The second heating substep can be carried out at a heating rate of between approximately 1 ° C / min and 10 ° C / min, and preferably between 1 ° C / min and 5 ° C / min (terminals included) .

Lors de l'étape vi), les billes sont utilisées comme support pour la croissance des microorganismes.In step vi), the beads are used as a support for the growth of microorganisms.

Lors de l'étape vi), les billes sont placées de préférence dans un milieu nutritif permettant la diffusion depuis l'extérieur de suffisamment de milieu de culture pour alimenter la croissance bactérienne.During step vi), the beads are preferably placed in a nutritive medium allowing the diffusion from the outside of enough culture medium to feed the bacterial growth.

Le choix du milieu nutritif est à la portée de l'homme du métier qui connaît le type de milieu nutritif à utiliser selon le type de microorganismes présents dans les billes de silice.The choice of nutrient medium is within the reach of the skilled person who knows the type of nutrient medium to be used according to the type of microorganisms present in the silica beads.

Contrairement à d'autres procédés de l'art antérieur, les billes utilisées permettent l'implantation et la prolifération des microorganismes tout en évitant la formation de biofilms lors de l'étape vi).Unlike other methods of the prior art, the beads used allow the implantation and proliferation of microorganisms while avoiding the formation of biofilms during step vi).

Lors de l'étape vii), on forme une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur.During step vii), a solid porous envelope of silica is formed surrounding said core.

En particulier, cette enveloppe poreuse est obtenue par mise en contact des billes de l'étape vi) avec une solution à pH neutre comprenant au moins un silicate alcalin ou au moins des particules solides colloïdales de silice.In particular, this porous envelope is obtained by bringing the beads of step vi) into contact with a solution at neutral pH comprising at least one alkaline silicate or at least colloidal solid particles of silica.

Le silicate alcalin peut être un silicate de sodium.The alkali silicate can be a sodium silicate.

À titre d'exemples de particules solides colloïdales de silice, on peut citer celles commercialisées sous la référence LUDOX HS40 par la société Sigma-Aldrich.As examples of colloidal solid particles of silica, mention may be made of those sold under the reference LUDOX HS40 by the company Sigma-Aldrich.

Le pH de la solution est généralement ajusté après addition du silicate ou des particules solides colloïdales de silice, de manière à ce qu'il soit neutre (il est initialement basique).The pH of the solution is generally adjusted after addition of the silicate or colloidal solid particles of silica, so that it is neutral (it is initially basic).

La concentration massique du silicate alcalin dans la solution à pH neutre varie de préférence de 20% à 30% en masse environ.The mass concentration of the alkali silicate in the solution at neutral pH preferably varies from 20% to 30% by mass approximately.

La concentration massique des particules solides colloïdales de silice dans la solution à pH neutre varie de préférence de 1% à 2% en masse environ.The mass concentration of colloidal solid particles of silica in the solution at neutral pH preferably varies from 1% to 2% by mass approximately.

L'étape vii) peut être effectuée plusieurs fois, afin d'obtenir une épaisseur de l'enveloppe suffisante.Step vii) can be carried out several times, in order to obtain a sufficient thickness of the envelope.

L'invention a pour troisième objet l'utilisation d'au moins une bille conforme au premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé conforme au deuxième objet, comme biocatalyseur hétérogène.The third object of the invention is the use of at least one ball according to the first object of the invention or as obtained according to the method according to the second object, as a heterogeneous biocatalyst.

Les billes de silice peuvent être récupérées facilement après qu'elles ont été utilisées comme biocatalyseur. En outre, elles présentent l'avantage de pouvoir être réutilisées plusieurs fois (i.e. utilisées au cours de plusieurs cycles) tout en conservant leur efficacité catalytique.The silica beads can be easily recovered after they have been used as a biocatalyst. In addition, they have the advantage of being able to be reused several times (i.e. used during several cycles) while retaining their catalytic efficiency.

Les billes de silice conviennent de préférence pour catalyser des réactions de type hydrolyse, oxydation ou réduction.The silica beads are preferably suitable for catalyzing reactions of the hydrolysis, oxidation or reduction type.

L'invention a pour quatrième objet un procédé de biocatalyse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape A) de mise en contact d'un substrat S1 avec au moins une bille de silice telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, afin de transformer le substrat S1 en produit P1.The fourth object of the invention is a process of biocatalysis, characterized in that it comprises at least one step A) of bringing a substrate S 1 into contact with at least one silica ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the process defined in the second object of the invention, in order to transform the substrate S 1 into product P 1 .

Les microorganismes M1 de la bille étant dotés d'une activité catalytique, ils sont appropriés pour catalyser la transformation du substrat S1 en produit P1.The microorganisms M 1 of the bead being provided with a catalytic activity, they are suitable for catalyzing the transformation of the substrate S 1 into product P 1 .

Ainsi, dans le procédé de l'invention, les microorganismes M1 dotés d'une activité catalytique catalysent la transformation d'un substrat S1 en produit P1.Thus, in the process of the invention, the microorganisms M 1 endowed with a catalytic activity catalyze the transformation of a substrate S 1 into product P 1 .

Le substrat S1 peut être la L-asparagine, les microorganismes M1 de la bille peuvent être des bactéries E. Coli surexprimant la L-asparaginase et le produit P1 peut être l'aspartate.The substrate S 1 can be L-asparagine, the microorganisms M 1 of the ball can be bacteria E. Coli overexpressing L-asparaginase and the product P 1 can be aspartate.

Le substrat S1 peut être l'aspartate, les microorganismes M1 peuvent être des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase et le produit P1 peut être l'oxaloacétate.The substrate S 1 can be aspartate, the microorganisms M 1 can be E. coli bacteria overexpressing aspartate oxidase and the product P 1 can be oxaloacetate.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le procédé peut comprendre en outre une étape B) de mise en contact d'un substrat S2 différent du substrat S1, avec au moins une bille de silice telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, afin de transformer le substrat S2 en produit P2.According to a preferred embodiment of the invention, the method can also comprise a step B) of bringing a substrate S 2 different from the substrate S 1 into contact with at least one silica ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the process defined in the second object of the invention, in order to transform the substrate S 2 into product P 2 .

Les microorganismes M2 de la bille étant dotés d'une activité catalytique, ils sont appropriés pour catalyser ladite transformation du substrat S2 en produit P2.The microorganisms M 2 of the bead being provided with a catalytic activity, they are suitable for catalyzing said transformation of the substrate S 2 into product P 2 .

Le substrat S2 peut être le produit P1 obtenu à l'étape A), auquel cas, le procédé met en œuvre des réactions chimiques en cascade.The substrate S 2 can be the product P 1 obtained in step A), in which case, the process implements chemical reactions in cascade.

Dans ce mode de réalisation, le substrat S1 peut être la L-asparagine, les microorganismes M1 peut être des bactéries E. Coli surexprimant la Lasparaginase, le produit P1 et le substrat S2 peuvent être l'aspartate, les microorganismes M2 peuvent être des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase et le produit P2 peut être l'oxaloacétate.In this embodiment, the substrate S 1 can be L-asparagine, the microorganisms M 1 can be bacteria E. Coli overexpressing Lasparaginase, the product P 1 and the substrate S 2 can be aspartate, the microorganisms M 2 can be E. Coli bacteria overexpressing aspartate oxidase and the product P 2 can be oxaloacetate.

Dans ce mode de réalisation, de préférence, l'étape A) met en œuvre une bille contenant les microorganismes M1, et l'étape B) met en œuvre deux ou trois billes contenant les microorganismes M2.In this embodiment, preferably, step A) uses a ball containing the microorganisms M 1 , and step B) uses two or three beads containing the microorganisms M 2 .

Le substrat S2 peut être différent du produit P1 obtenu à l'étape A) et par exemple conduire à un produit P2 qui réagit avec le produit P1 pour former un produit P3 au cours d'une étape C) postérieure à B).The substrate S 2 can be different from the product P 1 obtained in step A) and for example lead to a product P 2 which reacts with the product P 1 to form a product P 3 during a step C) subsequent to B).

Ainsi, le procédé de l'invention permet de réaliser une ou plusieurs réactions chimiques, éventuellement en cascade, avec une ou plusieurs billes identiques ou différentes (e.g. microorganismes différents) selon le type de réaction chimique mise en œuvre. Par ailleurs, les billes sont facilement récupérables en fin de réaction (séparation facilitée) et peuvent assurer plusieurs cycles catalytiques, notamment en conservant leur efficacité sur plusieurs cycles catalytiques. En outre, il est possible de moduler le nombre de billes pour chacune des réactions mises en œuvre. Enfin, les billes de silice permettent d'accroître l'activité catalytique des microorganismes, en particulier des bactéries, par rapport à des microorganismes libres (voir exemples ci-après).Thus, the process of the invention makes it possible to carry out one or more chemical reactions, possibly in cascade, with one or more identical or different beads (e.g. different microorganisms) depending on the type of chemical reaction implemented. Furthermore, the beads are easily recoverable at the end of the reaction (easier separation) and can ensure several catalytic cycles, in particular while retaining their effectiveness over several catalytic cycles. In addition, it is possible to modulate the number of beads for each of the reactions implemented. Finally, the silica beads make it possible to increase the catalytic activity of microorganisms, in particular bacteria, compared to free microorganisms (see examples below).

Les billes de silice possèdent une grande surface d'échange entre le milieu réactionnel et les microorganismes.The silica beads have a large exchange surface between the reaction medium and the microorganisms.

L'invention a pour cinquième objet un système catalytique comprenant au moins une première bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention ; et au moins une deuxième bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, ladite première bille comprenant des microorganismes M1 dotés d'une activité catalytique et ladite deuxième bille comprenant des microorganismes M2 dotés d'une activité catalytique, lesdits microorganismes M1 et M2 étant différents.The fifth object of the invention is a catalytic system comprising at least a first ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the method defined in the second object of the invention; and at least one second ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the method defined in the second object of the invention, said first ball comprising microorganisms M 1 endowed with a catalytic activity and said second ball comprising microorganisms M 2 endowed with a catalytic activity, said microorganisms M 1 and M 2 being different.

Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le système catalytique peut comprendre au moins une première bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, ladite première bille comprenant des microorganismes M1 appropriés pour catalyser la transformation d'un substrat S1 en produit P1 ; et au moins une deuxième bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, ladite deuxième bille comprenant des microorganismes M2 appropriés pour catalyser la transformation du produit P1 en produit P2.According to a preferred embodiment of the invention, the catalytic system can comprise at least a first ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the method defined in the second object of the invention, said first bead comprising microorganisms M 1 suitable for catalyzing the transformation of a substrate S 1 into product P 1 ; and at least one second ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the process defined in the second object of the invention, said second ball comprising microorganisms M 2 suitable for catalyzing the transformation of the product P 1 in product P 2 .

Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, le système catalytique comprend une bille (première bille) telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, ladite bille comprenant des bactéries E. Coli surexprimant la L-asparaginase ; et deux ou trois billes (deuxièmes billes) telles que définies dans le premier objet de l'invention ou telles qu'obtenues selon le procédé défini dans le deuxième objet de l'invention, lesdites billes comprenant des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the catalytic system comprises a ball (first ball) as defined in the first object of the invention or as obtained according to the method defined in the second object of the invention said ball comprising E. Coli bacteria overexpressing L-asparaginase; and two or three beads (second beads) as defined in the first object of the invention or as obtained according to the process defined in the second object of the invention, said beads comprising E. Coli bacteria overexpressing aspartate oxidase.

Les bactéries E. Coli surexprimant la L-asparaginase catalysent la transformation de la L-asparagine à titre de substrat S1 en aspartate à titre de produit P1.The E. Coli bacteria overexpressing L-asparaginase catalyze the transformation of L-asparagine as substrate S 1 into aspartate as product P 1 .

Les bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase catalysent la transformation de l'aspartate à titre de substrat S1 en oxaloacétate à titre de produit P1.E. Coli bacteria overexpressing aspartate oxidase catalyze the transformation of aspartate as substrate S 1 into oxaloacetate as product P 1 .

L'invention a pour sixième objet l'utilisation d'au moins une bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé conforme au deuxième objet, pour la production d'énergie telle que la production d'hydrogène.The sixth object of the invention is the use of at least one ball as defined in the first object of the invention or as obtained according to the process in accordance with the second object, for the production of energy such as the production hydrogen.

À titre d'exemple, une ou plusieurs billes contenant des bactéries de genre Clostridium à titre de microorganismes dotés d'une activité catalytique, peuvent être utilisées pour la production d'hydrogène. En effet, de telles bactéries sont capables de transformer des composés organiques en hydrogène et dioxyde de carbone (fermentation).For example, one or more beads containing bacteria of the genus Clostridium as microorganisms with catalytic activity can be used for the production of hydrogen. Indeed, such bacteria are capable of transforming organic compounds into hydrogen and carbon dioxide (fermentation).

D'autres billes contenant des cyanobactéries peuvent être utilisées en présence d'une onde lumineuse appropriée pour produire de l'énergie.Other beads containing cyanobacteria can be used in the presence of an appropriate light wave to generate energy.

L'invention a pour septième objet l'utilisation d'au moins une bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé conforme au deuxième objet, pour la réduction de contaminants.The seventh subject of the invention is the use of at least one ball as defined in the first subject of the invention or as obtained according to the process in accordance with the second subject, for the reduction of contaminants.

À titre d'exemple, une ou plusieurs billes contenant des bactéries Paracoccus denitrificans à titre de microorganismes dotés d'une activité catalytique, peuvent être utilisées pour la dépollution des eaux (dénitrification).For example, one or more beads containing Paracoccus denitrificans bacteria as microorganisms with catalytic activity can be used for the depollution of water (denitrification).

L'invention a pour huitième objet l'utilisation d'au moins une bille telle que définie dans le premier objet de l'invention ou telle qu'obtenue selon le procédé conforme au deuxième objet, pour la production de protéines recombinantes.The eighth object of the invention is the use of at least one bead as defined in the first object of the invention or as obtained according to the method in accordance with the second object, for the production of recombinant proteins.

ExemplesExamples

Les matières premières utilisées dans les exemples qui suivent sont listées ci-après :The raw materials used in the following examples are listed below:

- Bromure de tétradécyl-triméthylammonium (TTAB), société SigmaAldrich ;- Tetradecyl-trimethylammonium bromide (TTAB), company SigmaAldrich;

- Tétraéthylorthosilane (TEOS), pureté > 99%, société Sigma-Aldrich ;- Tetraethylorthosilane (TEOS), purity> 99%, company Sigma-Aldrich;

- dodécane, pureté > 99 %, société Sigma-Aldrich ;- dodecane, purity> 99%, company Sigma-Aldrich;

- solution aqueuse de silicate de sodium (SiO2 > 27% en masse, NaOH > 10% en masse), société Sigma-Aldrich ;- aqueous sodium silicate solution (SiO 2 > 27% by mass, NaOH> 10% by mass), from Sigma-Aldrich;

- solution d'acide chlorhydrique à 37% en volume, société Sigma-Aldrich ;- hydrochloric acid solution at 37% by volume, from Sigma-Aldrich;

- huile de polydiméthylsiloxane, de viscosité 500 cSt, Sigma-Aldrich ;- polydimethylsiloxane oil, viscosity 500 cSt, Sigma-Aldrich;

- tétrahydrofurane (THF), pureté > 99%, Sigma-Aldrich;- tetrahydrofuran (THF), purity> 99%, Sigma-Aldrich;

- acétone, pureté > 99%, Sigma-Aldrich ;- acetone, purity> 99%, Sigma-Aldrich;

- glutaraldéhyde, Grade I, 25% en volume dans de l'eau, SigmaAldrich ;- glutaraldehyde, Grade I, 25% by volume in water, SigmaAldrich;

- Amplex® UltraRed, société Thermo Fisher ;- Amplex® UltraRed, Thermo Fisher company;

- hexaméthyldisilazane, pureté 99,9%, Sigma-Aldrich.- hexamethyldisilazane, purity 99.9%, Sigma-Aldrich.

Ces matières premières ont été utilisées telles que reçues des fabricants, sans purification supplémentaire.These raw materials were used as received from the manufacturers, without further purification.

Les matériaux obtenus ont été caractérisés par plusieurs techniques décrites ci-dessous.The materials obtained were characterized by several techniques described below.

Microscopie électronique à balayage (MEB)Scanning electron microscopy (SEM)

Les échantillons ont été rincés dans un tampon phosphate salin (PBS) et traités avec 5% (v/v) d'une solution aqueuse de glutaraldéhyde pendant 24h environ à 4°C pour fixer les bactéries. Ils ont été déshydratés en les plaçant dans un bain d'éthanol pendant lh de plus en plus concentré en glutaraldéhyde, i.e. de concentration volumique 20% (e.g. 20 ml d'une solution aqueuse de glutaraldéhyde à 25% et 80 ml d'éthanol), 40%, 60%, 80% puis 96% (v/v). Ensuite, ils ont été séchés dans un bain d'hexaméthyldisilazane pendant lh. Enfin, ils ont été laissés sécher sous air à température ambiante pendant 24h. Les observations par microscopie électronique à balayage ont été effectuées avec des microscopes vendus sous la dénomination commerciale HITACHI TM-1000 et HITACHI S2500 fonctionnant respectivement à 15 et 25 kV.The samples were rinsed in a phosphate buffered saline (PBS) and treated with 5% (v / v) of an aqueous solution of glutaraldehyde during 24h approximately at 4 ° C to fix the bacteria. They were dehydrated by placing them in an ethanol bath for 1 hour, increasingly concentrated in glutaraldehyde, ie with a volume concentration of 20% (eg 20 ml of an aqueous solution of glutaraldehyde at 25% and 80 ml of ethanol) , 40%, 60%, 80% then 96% (v / v). Then, they were dried in a hexamethyldisilazane bath for 1 hour. Finally, they were left to dry in air at room temperature for 24 hours. The observations by scanning electron microscopy were carried out with microscopes sold under the trade name HITACHI TM-1000 and HITACHI S2500 operating at 15 and 25 kV respectively.

Test de consommation de glucose (cf. exemple 2 ci-après)Glucose consumption test (see example 2 below)

Les billes de silice ont été placées dans un milieu de culture (2 ml) contenant différentes concentrations de glucose (2 mM, 1 mM, 500 μΜ et 100 pM). Le milieu résultant a été incubé à 37°C pendant 24h. Le taux de glucose et la consommation de glucose ont été déterminés en utilisant deux méthodes : une première méthode utilisant un kit dénommé « Amplex® Red Glucose Assay » (i.e. test du glucose avec l'Amplex® Red) de Molecular Probes et une deuxième méthode utilisant un mélange de réactifs glucose oxydase/peroxydase de raifort. Le kit « Amplex® Red Glucose Assay a été utilisé selon les instructions du fournisseur. La fluorescence a été déterminée avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale Spectramax Plate Reader par la société Molecular Devices. En ce qui concerne la deuxième méthode, la figure 1 annexée répertorie les différentes réactions mises en jeu. En particulier, la glucose oxydase (GOx) catalyse l'oxydation du glucose en gluconolactone et peroxyde d'hydrogène par l'oxygène moléculaire. Puis, le peroxyde d'hydrogène est responsable de l'oxydation d'un l'agent réducteur 2,2'-azinodi-[3-éthylbenzothiazoline-6-sulfonic acid] (ABTS). Enfin, l'ABTS oxydé est quantifié par des mesures UV à 420 nm.The silica beads were placed in a culture medium (2 ml) containing different concentrations of glucose (2 mM, 1 mM, 500 μΜ and 100 pM). The resulting medium was incubated at 37 ° C for 24 hours. The glucose level and glucose consumption were determined using two methods: a first method using a kit called "Amplex® Red Glucose Assay" (ie glucose test with Amplex® Red) from Molecular Probes and a second method using a mixture of glucose oxidase / horseradish peroxidase reagents. The Amplex® Red Glucose Assay kit was used according to the supplier's instructions. The fluorescence was determined with a device sold under the trade name Spectramax Plate Reader by the company Molecular Devices. As regards the second method, the appended FIG. 1 lists the different reactions involved. In particular, glucose oxidase (GOx) catalyzes the oxidation of glucose to gluconolactone and hydrogen peroxide by molecular oxygen. Then, hydrogen peroxide is responsible for the oxidation of the reducing agent 2,2'-azinodi- [3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid] (ABTS). Finally, the oxidized ABTS is quantified by UV measurements at 420 nm.

Test de l'asparaqinase (cf. exemples 3 et 4 ci-après)Asparaqinase test (see examples 3 and 4 below)

La fluorescence a été utilisée pour détecter l'activité de l'asparaginase des bactéries E. coli. Dans cette réaction, les bactéries surexprimant l'asparaginase catalysent l'hydrolyse de la L-asparagine en aspartate.Fluorescence was used to detect the asparaginase activity of E. coli bacteria. In this reaction, bacteria overexpressing asparaginase catalyze the hydrolysis of L-asparagine to aspartate.

L'aspartate est ensuite oxydé par l'aspartate oxydase et la flavine adénine dinucléotide (FAD) en oxaloacétate et peroxyde d'hydrogène. Ce peroxyde d'hydrogène est enfin utilisé par la peroxydase de raifort (HRP) pour oxyder l'Amplex® Ultra Red (AUR) en résorufine fluorescente. Les différentes réactions sont représentées sur la figure 2 annexée.The aspartate is then oxidized by the aspartate oxidase and the flavin adenine dinucleotide (FAD) to oxaloacetate and hydrogen peroxide. This hydrogen peroxide is finally used by horseradish peroxidase (HRP) to oxidize Amplex® Ultra Red (AUR) into fluorescent resorufin. The different reactions are shown in Figure 2 attached.

Pour la préparation d'un contrôle positif, 10 ml d'une culture de bactéries E. coli ont été centrifugés (4200 g, 15 min, 4°C). Les pastilles de cellules ont été re-suspendues dans un tampon phosphate salin (PBS IX) et centrifugées une nouvelle fois. Les cellules lavées ont été re-suspendues dans 1 ml de PBS IX et les concentrations cellulaires ont été mesurées. La suspension bactérienne a été diluée jusqu'à obtenir une densité optique OD60onm= 0,1 pour le test, ce qui correspond à 107 cellules par ml.For the preparation of a positive control, 10 ml of a culture of E. coli bacteria were centrifuged (4200 g, 15 min, 4 ° C). The cell pellets were resuspended in phosphate buffered saline (PBS IX) and centrifuged again. The washed cells were resuspended in 1 ml of PBS IX and the cell concentrations were measured. The bacterial suspension was diluted until an optical density OD 60 onm = 0.1 for the test, which corresponds to 10 7 cells per ml.

Le test de fluorescence a été effectué à l'aide d'une plaque à 96 puits : une bille de silice colonisée par des bactéries E. coli avec 100 pl de PBS IX ou 100 pl d'une suspension de bactéries E. coli (contrôle positif) est ajoutée à 100 μΙ d'un mélange de réactifs dans PBS IX (L-asparagine : 250 μΜ, L-aspartate oxydase : 700 pg.ml·1, HRP : 0,2 U.ml·1, FAD : 20 μΜ, AUR : 12,5 μΜ). La fluorescence a été mesurée chaque 20 secondes pendant 3h (lexcitation = 532 nm, émission = 581 nm) avec un appareil vendu sous la dénomination commerciale Spectramax Plate Reader par la société Molecular Devices.The fluorescence test was carried out using a 96-well plate: a silica ball colonized by E. coli bacteria with 100 μl of PBS IX or 100 μl of a suspension of E. coli bacteria (control positive) is added to 100 μΙ of a mixture of reagents in PBS IX (L-asparagine: 250 μΜ, L-aspartate oxidase: 700 pg.ml · 1 , HRP: 0.2 U. ml · 1 , FAD: 20 μΜ, AUR: 12.5 μΜ). The fluorescence was measured every 20 seconds for 3 h (excitation = 532 nm, emission = 581 nm) with a device sold under the trade name Spectramax Plate Reader by the company Molecular Devices.

Bactéries utilisées dans les exemples 1, 3 et 4Bacteria used in Examples 1, 3 and 4

L'asparaginase a été produite à partir de Escherichia coli C41(DE3) + EcASNase-2 dans pAPEx4b* (expression périplasmique) et l'aspartate oxydase (AspOx) à partir de Escherichia coli CD41(DE3) + pET14b-Athrombin-SUMO* (expression cytoplasmique). Elles ont toutes été purifiées et les plasmides ont été fournis par l'Institut Max Planck de chimie biophysique.Asparaginase was produced from Escherichia coli C41 (DE3) + EcASNase-2 in pAPEx4b * (periplasmic expression) and aspartate oxidase (AspOx) from Escherichia coli CD41 (DE3) + pET14b-Athrombin-SUMO * (cytoplasmic expression). They were all purified and the plasmids were supplied by the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry.

Clonage de L-AspOx périplasmique :Cloning of periplasmic L-AspOx:

Le plasmide pET14b contenant le gene naôB de E. coli codant pour la L-AspOx a été digérée en utilisant des enzymes de restriction Ndel et BamHI. Le produit de digestion a été purifié en gel d'agarose et ligué à 16°C pendantPlasmid pET14b containing the E. coli na6B gene encoding L-AspOx was digested using restriction enzymes NdeI and BamHI. The digestion product was purified in agarose gel and ligated at 16 ° C. for

3h dans le vecteur pAPEx4b en utilisant la T4 ADN ligase. Des cellules compétentes E. coli XL-Blue ont été transformées par le produit de ligation. Des clones positifs ont été identifiés par PCR. en utilisant les sondes suivantes : Ec_AspOx_NdeI5'_Forward GGAATTCCATATGAATACTCTCCCTGAACATTC (SEQ ID N°l) et Ec_AspOx_BamHI3'_Reverse3 h in the vector pAPEx4b using the T4 DNA ligase. Competent E. coli XL-Blue cells were transformed with the ligation product. Positive clones were identified by PCR. using the following probes: Ec_AspOx_NdeI5'_Forward GGAATTCCATATGAATACTCTCCCTGAACATTC (SEQ ID N ° l) and Ec_AspOx_BamHI3'_Reverse

5'CGCGGATCCTTATCTGTTTATGTAATGATTGC (SEQ ID N°2). Enfin, l'ADN plasmique a été digéré afin de vérifier la taille correcte de l'insert cloné avant le séquençage (Institut Européen de Chimie et de Biologie (IECB), Bordeaux).5'CGCGGATCCTTATCTGTTTATGTAATGATTGC (SEQ ID N ° 2). Finally, the plasma DNA was digested in order to verify the correct size of the cloned insert before sequencing (European Institute of Chemistry and Biology (IECB), Bordeaux).

Exemple 1 : préparation de billes alvéolaires de silice comprenant un cœur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des bactéries dispersées dans ladite mousse, et une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœurExample 1 Preparation of Silicon Cellular Beads comprising a Core Containing a Silica Foam with Hierarchical Porosity and Bacteria Dispersed in Said Foam, and a Solid Porous Shell of Silica Surrounding Said Core

1.1 Préparation d'une mousse de silice à porosité hiérarchisée sous la forme de billes rétapes i), ii), iii), iv) et v) selon le deuxième objet de l'invention!1.1 Preparation of a silica foam with hierarchical porosity in the form of retrop beads i), ii), iii), iv) and v) according to the second subject of the invention!

5,02 g de tétraéthylorthosilane (TEOS) ont été ajoutés à 16,02 g d'une solution aqueuse de bromure de tétradécyltriméthyl ammonium (TTAB) (concentration massique de TTAB dans la solution aqueuse de 35% en masse). Ensuite, 5,88 g d'une solution d'acide chlorhydrique concentré à 37% en volume ont été ajoutés. La phase aqueuse résultante a été maintenue sous agitation pendant 5 minutes afin de procéder à l'hydrolyse du TEOS [étape i)]. Puis, une émulsion a été préparée en ajoutant goutte à goutte 35 g de dodécane dans la solution aqueuse [étape ii)]. Avec une pipette de 7 ml, l'émulsion résultante a été transférée/déposée goutte à goutte dans une huile visqueuse de polydiméthylsiloxane contenue dans un cristallisoir afin de former des gouttelettes et le mélange résultant a été laissé à température ambiante pendant 3 jours afin de former une mousse de silice à porosité hiérarchisée sous la forme de billes [étape iii)]. Les billes résultantes ont été lavées trois fois avec un mélange tétrahydrofurane (THF)/acétone (50/50 en volume) avec d'éliminer les huiles [étape iv)], séchées à l'air, puis calcinées à 650°C pendant 6 heures (à une vitesse de chauffe de 2°C/min avec une première étape de chauffage à 180°C pendant 2h) [étape v)]. Les billes ont ensuite été refroidies.5.02 g of tetraethylorthosilane (TEOS) were added to 16.02 g of an aqueous solution of tetradecyltrimethyl ammonium bromide (TTAB) (mass concentration of TTAB in the aqueous solution of 35% by mass). Then, 5.88 g of a concentrated hydrochloric acid solution at 37% by volume was added. The resulting aqueous phase was kept stirring for 5 minutes in order to proceed with the hydrolysis of TEOS [step i)]. Then, an emulsion was prepared by adding dropwise 35 g of dodecane to the aqueous solution [step ii)]. With a 7 ml pipette, the resulting emulsion was transferred / deposited dropwise into a viscous polydimethylsiloxane oil contained in a crystallizer to form droplets and the resulting mixture was left at room temperature for 3 days to form a silica foam with hierarchical porosity in the form of beads [step iii)]. The resulting beads were washed three times with a tetrahydrofuran (THF) / acetone mixture (50/50 by volume) with removing the oils [step iv)], air dried, then calcined at 650 ° C for 6 hours (at a heating rate of 2 ° C / min with a first heating step at 180 ° C for 2 h) [step v)]. The beads were then cooled.

1.2 Encapsulation et colonisation de bactéries au sein des billes de silice rétape vOI1.2 Encapsulation and colonization of bacteria within the silica beads retrieving vOI

Les billes obtenues dans l'exemple 1.1 ci-dessus ont été stérilisées dans un four à 180°C pendant lh30. Puis, elles ont été mises dans un récipient contenant 1 litre d'un milieu minéral M9 préparé à partir de :The beads obtained in Example 1.1 above were sterilized in an oven at 180 ° C for 1.5 hours. Then, they were put in a container containing 1 liter of an M9 mineral medium prepared from:

- 100 ml d'une solution de sels (10X),- 100 ml of a salt solution (10X),

- 2 mM de sulfate de magnésium,- 2 mM magnesium sulfate,

- 2 mM de glucose,- 2 mM glucose,

- 50 ml d'une solution d'acides casaminés à 10% en masse (i.e. 0,5% en masse d'acides casaminés par rapport à la masse totale du milieu minéral M9,- 50 ml of a solution of casaminic acids at 10% by mass (i.e. 0.5% by mass of casaminic acids relative to the total mass of the mineral medium M9,

- le reste d'eau.- the rest of the water.

Une solution de sels (10X) comprenait 75,2 g/l de Na2HPO4-2H2O, 30 g/l de KH2PO4, 5 g/l de NaCl et 5 g/l de NH4CI. Elle peut être préparée en mélangeant 800 ml d'eau avec les quantités appropriées de Na2HPO4-2H2O, KH2PO4, NaCl et NH4C, en ajustant le pH de la solution résultante à 7,2 avec de la soude (NaOH) et en complétant avec de l'eau jusqu'à un volume final d'1 litre.A solution of salts (10X) included 75.2 g / l of Na2HPO 4 -2H 2 O, 30 g / l of KH 2 PO 4 , 5 g / l of NaCl and 5 g / l of NH 4 CI. It can be prepared by mixing 800 ml of water with the appropriate amounts of Na 2 HPO 4 -2H 2 O, KH 2 PO 4 , NaCl and NH 4 C, adjusting the pH of the resulting solution to 7.2 with soda (NaOH) and supplementing with water to a final volume of 1 liter.

Le récipient contenant les billes et le milieu minéral M9 a été placé sous un vide dynamique de 200 mbar jusqu'à disparition de l'effervescence causée par le départ de l'air des billes et son remplacement par le milieu minéral. Il a ensuite été laissé reposer sous vide statique pendant trois jours.The container containing the beads and the mineral medium M9 was placed under a dynamic vacuum of 200 mbar until the effervescence caused by the departure of the air from the beads and its replacement by the mineral medium disappeared. It was then left to stand under static vacuum for three days.

Des bactéries ont été isolées dans un milieu de culture LB (LuriaBertani) contenant du chloramphénicol (25 pg.ml1). Après 24h à 37°C, une colonie a été inoculée dans un Erlenmeyer contenant le milieu minéral M9 avec du chloramphénicol (25 pg.ml1). L'Erlenmeyer a été mis dans un incubateur toute la nuit à 37°C, sous agitation de 220 tours/min. Après une nuit, une sous-culture de densité optique à 600 nm OD600nm = 0,1 a été réalisée. Des cultures ont été incubées à 37°C jusqu'à ce que la densité optique OD600nm soit atteinte (phase de croissance exponentielle). Lorsque les bactéries utilisées étaient des bactéries E. Coli surexprimant l'asparaginase (EcASNase-2 dans pAPEx4b pour expression périplasmique) et présentant une résistance au chloramphénicol, 1 mM d'isopropyl β-D-l-thiogalactopyranoside (IPTG) a été ajouté pour surexprimer l'asparaginase. Un protocole similaire a été utilisé pour préparer des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase.Bacteria were isolated in an LB culture medium (LuriaBertani) containing chloramphenicol (25 pg.ml 1 ). After 24 h at 37 ° C., a colony was inoculated in an Erlenmeyer flask containing the mineral medium M9 with chloramphenicol (25 pg.ml 1 ). The Erlenmeyer was placed in an incubator overnight at 37 ° C., with shaking at 220 rpm. After one night, an optical density subculture at 600 nm OD 600 nm = 0.1 was carried out. Cultures were incubated at 37 ° C until the OD 600 nm optical density was reached (exponential growth phase). When the bacteria used were E. Coli bacteria overexpressing asparaginase (EcASNase-2 in pAPEx4b for periplasmic expression) and exhibiting resistance to chloramphenicol, 1 mM isopropyl β-Dl-thiogalactopyranoside (IPTG) was added to overexpress l 'asparaginase. A similar protocol was used to prepare E. Coli bacteria overexpressing aspartate oxidase.

Les billes de silice ont ensuite été mises dans le milieu de culture pour la colonisation bactérienne. L'incubation a été maintenue toute la nuit à 37°C.The silica beads were then placed in the culture medium for bacterial colonization. The incubation was maintained overnight at 37 ° C.

1.3 Formation d'une enveloppe poreuse solide de silice l'étape viijl1.3 Formation of a solid porous silica envelope in stage viijl

Les billes contenant les bactéries surexprimant l'asparaginase ont été rincées avec un tampon phosphate salin (PBS) (pH = 7,4), mises dans une solution contenant du PBS et une solution de silicate de sodium (200 mM) acidifiée avec de l'acide chlorhydrique jusqu'à ce que le pH soit abaissé à 7, puis les billes ont été agitées jusqu'à la formation d'un gel de silice. Cette procédure a été répétée cinq fois afin de produire une enveloppe homogène de silice entourant les billes.The beads containing the bacteria overexpressing asparaginase were rinsed with a phosphate buffered saline (PBS) (pH = 7.4), put in a solution containing PBS and a solution of sodium silicate (200 mM) acidified with l hydrochloric acid until the pH is lowered to 7, then the beads were stirred until the formation of a silica gel. This procedure was repeated five times to produce a homogeneous envelope of silica surrounding the beads.

La figure 3 annexée montre une photographie des billes alvéolaires de silice telles qu'obtenues dans l'exemple 1 (figure 3a), une image par microscopie électronique à balayage d'une bille montrant sa structure poreuse qui permet d'encapsuler des bactéries (figure 3b), une image par microscopie électronique à balayage de la surface d'une bille après le traitement avec du silicate de sodium, avec une image agrandie par microscope optique de l'enveloppe de silice désignée par la flèche blanche (figure 3c), une image par microscopie électronique à balayage montrant l'épaisseur de l'enveloppe de silice désignée par la flèche blanche qui est d'environ 6,5 pm (figure 3d), des images par microscopie électronique à balayage des bactéries dispersées dans la mousse de silice du cœur des billes (figures 3e et 3f).Figure 3 attached shows a photograph of the alveolar silica beads as obtained in Example 1 (Figure 3a), an image by scanning electron microscopy of a ball showing its porous structure which allows bacteria to be encapsulated (Figure 3b), an image by scanning electron microscopy of the surface of a ball after the treatment with sodium silicate, with an enlarged image by optical microscope of the silica envelope designated by the white arrow (FIG. 3c), image by scanning electron microscopy showing the thickness of the silica envelope designated by the white arrow which is approximately 6.5 μm (FIG. 3d), images by scanning electron microscopy of the bacteria dispersed in the silica foam from the heart of the beads (Figures 3e and 3f).

Les billes alvéolaires de silice présentaient un diamètre moyen de l'ordre de 4 mm et un volume poreux de 93% environ.The cellular silica beads had an average diameter of the order of 4 mm and a pore volume of approximately 93%.

Les bactéries peuvent rester confinées dans les billes alvéolaires de silice pendant au moins 2 semaines.The bacteria can remain confined in the alveolar silica beads for at least 2 weeks.

La même procédure a été utilisée pour produire des billes alvéolaires de silice contenant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase.The same procedure was used to produce honeycomb silica beads containing bacteria overexpressing aspartate oxidase.

Exemple 2 : activité métabolique des bactéries dans les billes alvéolaires de siliceEXAMPLE 2 Metabolic Activity of Bacteria in Honeycomb Silica Beads

L'activité métabolique des bactéries a été mesurée via l'évaluation de leur consommation intrinsèque de glucose. Dans cet exemple 2, des bactéries E. Coli non mutées ont été utilisées.The metabolic activity of the bacteria was measured by evaluating their intrinsic glucose consumption. In this example 2, non-mutated E. Coli bacteria were used.

2.1 Variation du temps de colonisation2.1 Variation of colonization time

Les billes alvéolaires de silice ont été placées dans un milieu de culture (2 ml) contenant 500 μΜ de glucose.The alveolar silica beads were placed in a culture medium (2 ml) containing 500 μΜ of glucose.

La figure 4 annexée montre la cinétique de la consommation du glucose par des bactéries E. Coli libres (i.e. non encapsulées dans les billes alvéolaires de silice) à différents temps de prolifération bactérienne, le temps de prolifération bactérienne étant directement relié à la densité optique à 600 nm du milieu de culture ; et la cinétique de consommation du glucose par des billes alvéolaires de silice encapsulant les bactéries après 24 h ou 48 h de colonisation.Figure 4 attached shows the kinetics of glucose consumption by free E. Coli bacteria (ie not encapsulated in the alveolar silica beads) at different times of bacterial proliferation, the time of bacterial proliferation being directly related to the optical density at 600 nm of the culture medium; and the kinetics of glucose consumption by alveolar beads of silica encapsulating the bacteria after 24 h or 48 h of colonization.

En particulier, la figure 4a montre la concentration de glucose (en mmol/l) en fonction du temps (en heures) pour des bactéries E. Coli libres à différentes densités optiques OD60onm = 0,1 (courbe avec les carrés pleins), OD 6oonm — 0,025 (courbe avec les ronds pleins), OD^oonm — 0,01 (courbe avec les triangles pleins) et OD60onm = 0,002 (courbe avec les triangles pleins inversés). La figure 4b montre la concentration de glucose (en mmol/l) en fonction du temps (en heures) pour des bactéries E. Coli encapsulées dans les billes alvéolaires de silice après 24h de colonisation (courbe avec les carrés pleins) et 48h de colonisation (courbe avec les ronds pleins).In particular, Figure 4a shows the glucose concentration (in mmol / l) as a function of time (in hours) for free E. coli bacteria at different optical densities OD 60 onm = 0.1 (curve with full squares) , OD 6oonm - 0.025 (curve with solid circles), OD ^ oonm - 0.01 (curve with solid triangles) and OD 60 onm = 0.002 (curve with inverted solid triangles). FIG. 4b shows the glucose concentration (in mmol / l) as a function of time (in hours) for E. Coli bacteria encapsulated in the alveolar beads of silica after 24 h of colonization (curve with full squares) and 48 h of colonization (curve with solid circles).

Les barres d'erreur correspondent aux résultats de déviation standard de trois mesures répétées. La quantité restante non consommée de glucose a été quantifiée à l'aide d'un mélange de réactifs glucose oxydase/peroxydase de raifort tel que décrit ci-dessus (cf. deuxième méthode).The error bars correspond to the standard deviation results of three repeated measurements. The remaining unconsumed amount of glucose was quantified using a mixture of glucose oxidase / horseradish peroxidase reagents as described above (cf. second method).

La figure 4a montre que la cinétique de consommation du glucose est plus élevée lorsque la croissance exponentielle des bactéries est établie (OD^oonm = 0,1). En effet, à cette densité optique, 70% du glucose est consommé pendant 2,5h alors que, pour une densité optique OD60onm = 0,002, il faut 6h environ pour consommer la même quantité de glucose.Figure 4a shows that the kinetics of glucose consumption is higher when the exponential growth of bacteria is established (OD ^ oonm = 0.1). In fact, at this optical density, 70% of the glucose is consumed for 2.5 hours whereas, for an optical density OD 60 onm = 0.002, it takes approximately 6 hours to consume the same amount of glucose.

Concernant la figure 4b, on peut indiquer que la consommation de glucose dépend du temps de colonisation auquel les billes alvéolaires sont placées dans le mélange de réactifs. Si la concentration en glucose décroît, la cinétique varie en fonction de la durée de colonisation. En effet, la cinétique de consommation du glucose est reliée au temps de prolifération des bactéries, la cinétique étant plus élevée pour les billes alvéolaires ayant subi 48h de colonisation par comparaison avec celles ayant subi 24h de colonisation. Il est donc possible de conclure que la décroissance de la concentration de glucose n'est pas guidée par la seule diffusion intrinsèque du glucose au cœur des billes alvéolaires (dans une telle configuration la cinétique serait constante tout au long du temps de prolifération). Ainsi, la figure 4b exprime la consommation métabolique de glucose par les bactéries encapsulées dans les billes alvéolaires de silice. En outre, on peut noter que l'efficacité de la consommation de glucose par les billes alvéolaires de silice après 48h de prolifération bactérienne est quasi-similaire à celle obtenue pour les bactéries libres à une densité optique de 0,1 (cf. figure 4a), ce qui correspond au cas où la croissance exponentielle des bactéries libres est atteinte et à une consommation de 70% du glucose en 3h. Dans le cas des bactéries encapsulées dans les billes alvéolaires de silice, on observe une certaine latence pour l'initiation de la cinétique de consommation de glucose, certainement liée à la présence de l'enveloppe poreuse solide de silice des billes alvéolaires qui agit comme une barrière de diffusion.Regarding FIG. 4b, it can be indicated that the consumption of glucose depends on the colonization time at which the alveolar beads are placed in the mixture of reagents. If the glucose concentration decreases, the kinetics vary according to the duration of colonization. Indeed, the kinetics of glucose consumption is related to the time of proliferation of bacteria, the kinetics being higher for the alveolar beads having undergone 48 hours of colonization compared to those having undergone 24 hours of colonization. It is therefore possible to conclude that the decrease in the glucose concentration is not guided only by the intrinsic diffusion of glucose in the heart of the alveolar beads (in such a configuration the kinetics would be constant throughout the proliferation time). Thus, FIG. 4b expresses the metabolic consumption of glucose by the bacteria encapsulated in the alveolar beads of silica. In addition, it can be noted that the efficiency of glucose consumption by the alveolar silica beads after 48 hours of bacterial proliferation is almost similar to that obtained for free bacteria at an optical density of 0.1 (see Figure 4a ), which corresponds to the case where the exponential growth of free bacteria is reached and a consumption of 70% of glucose in 3 hours. In the case of bacteria encapsulated in the alveolar beads of silica, there is a certain latency for the initiation of the kinetics of glucose consumption, certainly linked to the presence of the solid porous envelope of silica of the alveolar beads which acts as a diffusion barrier.

2.1 Variation de la concentration en glucose2.1 Change in glucose concentration

Les billes alvéolaires de silice ont été placées dans un milieu de culture (2 ml) contenant différentes concentrations de glucose (2 mM, 1 mM, 500 μΜ et 100 pM) pendant 24h à 37°C. Puis, le taux de glucose et la consommation de glucose ont été déterminés en utilisant la première méthode décrite cidessus (test du glucose avec l'Amplex® Red). À titre comparatif, des billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries E. Coli ont été évaluées. Ces billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries E. Coli ont été préparées selon le même mode opératoire que celui décrit dans l'exemple 1, sans la partie 1.2 concernant l'encapsulation et la colonisation de bactéries dans les billes alvéolaires.The alveolar silica beads were placed in a culture medium (2 ml) containing different concentrations of glucose (2 mM, 1 mM, 500 μΜ and 100 pM) for 24 h at 37 ° C. Then, the glucose level and the glucose consumption were determined using the first method described above (glucose test with Amplex® Red). For comparison, alveolar silica beads free of E. Coli bacteria were evaluated. These silica honeycomb beads free of E. Coli bacteria were prepared according to the same procedure as that described in Example 1, without part 1.2 concerning the encapsulation and colonization of bacteria in the honeycomb beads.

La figure 5 annexée montre la fluorescence (en unités arbitraires) en fonction du temps (en secondes) pour des billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries E. Coli avec une concentration initiale de glucose de 100 pM (courbe avec les triangles pleins inversés ▼), avec une concentration initiale de glucose de 500 pM (courbe avec les triangles pleins droits A), avec une concentration initiale de glucose de 1 mM (courbe avec les ronds pleins), avec une concentration initiale de glucose de 2 mM (courbe avec les carrés pleins), pour une solution tampon de PBS (courbe avec les étoiles), et pour des billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries E. Coli avec une concentration initiale de glucose de 100 pM (courbe avec les hexagones pleins), avec une concentration initiale de glucose de 500 pM (courbe avec les triangles pleins direction droite ►), avec une concentration initiale de glucose de 1 mM (courbe avec les triangles vides direction gauche <) et avec une concentration initiale de glucose de 2 mM (courbe avec les losanges pleins).Figure 5 appended shows the fluorescence (in arbitrary units) as a function of time (in seconds) for alveolar beads of silica encapsulating E. Coli bacteria with an initial glucose concentration of 100 pM (curve with inverted solid triangles ▼) , with an initial glucose concentration of 500 pM (curve with the full solid triangles A), with an initial glucose concentration of 1 mM (curve with the solid circles), with an initial glucose concentration of 2 mM (curve with the filled squares), for a PBS buffer solution (curve with stars), and for silica alveolar beads free of E. Coli bacteria with an initial glucose concentration of 100 pM (curve with full hexagons), with a concentration initial glucose of 500 pM (curve with solid triangles in right direction ►), with an initial glucose concentration of 1 mM (curve with empty triangles in left direction <) and with a conce 2 mM initial glucose input (curve with solid diamonds).

La fluorescence traduit la présence de glucose non consommé qui conduit à l'oxydation de l'Amplex® Red en résorufine fluorescente. Comme contrôle, un tampon PBS exempt de glucose a été utilisé. Il ne présente donc pas de fluorescence. Par contre, toutes les billes alvéolaires exemptes de bactéries sont associées avec un signal fort de fluorescence, montrant la présence de glucose. En ce qui concerne les billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries, elles ont consommé tout le glucose pour les concentrations de glucose initiales de 100 pM, 500 pM et 1 mM de glucose.The fluorescence translates the presence of unconsumed glucose which leads to the oxidation of Amplex® Red to fluorescent resorufin. As a control, a glucose-free PBS buffer was used. It therefore does not exhibit fluorescence. On the other hand, all the alveolar beads free from bacteria are associated with a strong fluorescence signal, showing the presence of glucose. As for the alveolar beads of silica encapsulating bacteria, they consumed all the glucose for the initial glucose concentrations of 100 μM, 500 μM and 1 mM of glucose.

Lorsqu'une concentration initiale de glucose de 2 mM est utilisée, celui-ci n'est pas totalement consommé.When an initial glucose concentration of 2 mM is used, it is not completely consumed.

En conclusion, les bactéries encapsulées dans les billes alvéolaires de silice conservent leur activité métabolique.In conclusion, the bacteria encapsulated in the alveolar silica beads retain their metabolic activity.

Exemple 3 : utilisation des billes alvéolaires de silice comme biocatalyseursEXAMPLE 3 Use of the Cellular Silica Beads as Biocatalysts

Dans cet exemple, des bactéries E. Coli surexprimant l'asparaginase (EcASNase-2 dans pAPEx4b pour expression périplasmique) et présentant une résistance au chloramphénicol ont été utilisées. Cet exemple a permis de quantifier l'efficacité des billes alvéolaires de silice comme biocatalyseurs.In this example, E. Coli bacteria overexpressing asparaginase (EcASNase-2 in pAPEx4b for periplasmic expression) and exhibiting resistance to chloramphenicol were used. This example made it possible to quantify the efficiency of the alveolar silica beads as biocatalysts.

La figure 6 annexée montre la fluorescence (traduisant l'activité de l'asparaginase) (en unités arbitraires) en fonction du temps (en secondes ou en minutes).Figure 6 attached shows the fluorescence (reflecting the activity of asparaginase) (in arbitrary units) as a function of time (in seconds or minutes).

En particulier, la figure 6a montre l'activité de l'asparaginase (hydrolyse de la L-asparagine en aspartate) d'un tampon PBS (courbe avec les triangles pleins inversés), de billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries (courbe avec les ronds pleins), de billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase (courbe avec les carrés pleins) et de bactéries libres surexprimant l'asparaginase (courbe avec les triangles pleins droits).In particular, FIG. 6a shows the activity of asparaginase (hydrolysis of L-asparagine to aspartate) of a PBS buffer (curve with the inverted solid triangles), of silica alveolar beads free of bacteria (curve with the solid circles), alveolar beads of silica encapsulating bacteria overexpressing asparaginase (curve with solid squares) and free bacteria overexpressing asparaginase (curve with full solid triangles).

Comme on peut le voir sur la figure 6a, les billes alvéolaires exemptes de bactéries ne mettent en œuvre aucune réaction d'hydrolyse puisque le signal de fluorescence reste plat. En ce qui concerne le tampon PBS, une augmentation légère de la fluorescence peut être observée : cette fluorescence résiduelle est bien connue de l'homme du métier et est liée à la déamidation non enzymatique de résidus de la L-asparagine. Concernant les bactéries surexprimant l'asparaginase, on observe une augmentation rapide de la fluorescence suivie d'un plateau pendant environ 3h. Le signal fourni par les billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase atteint le même plateau après un certain temps de latence (30 minutes), lié à la présence de l'enveloppe poreuse solide de silice agissant comme une barrière de diffusion.As can be seen in FIG. 6a, the alveolar beads free from bacteria do not carry out any hydrolysis reaction since the fluorescence signal remains flat. As regards the PBS buffer, a slight increase in fluorescence can be observed: this residual fluorescence is well known to those skilled in the art and is linked to the non-enzymatic deamidation of residues of L-asparagine. Concerning bacteria overexpressing asparaginase, a rapid increase in fluorescence is observed followed by a plateau for approximately 3 h. The signal provided by the alveolar silica beads encapsulating bacteria overexpressing asparaginase reaches the same plateau after a certain lag time (30 minutes), linked to the presence of the solid porous envelope of silica acting as a diffusion barrier.

Selon les conditions expérimentales utilisées pour les bactéries libres surexprimant l'asparaginase, la concentration des bactéries est de 107 bactéries/ml. Si l'on considère que les billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase présentent un diamètre moyen de l'ordre de 4 mm et qu'elles sont complètement inoculées, cela signifie que 3,116 x 105 bactéries seraient présentes dans un volume restreint de 0,031 ml. On peut dire que les bactéries expriment la même quantité d'asparaginase mais au sein d'une population plus restreinte, conduisant à une activité qui est 200% fois plus élevée.According to the experimental conditions used for the free bacteria overexpressing asparaginase, the concentration of the bacteria is 10 7 bacteria / ml. If we consider that the alveolar silica beads encapsulating bacteria overexpressing asparaginase have an average diameter of the order of 4 mm and that they are completely inoculated, this means that 3.116 x 10 5 bacteria would be present in a volume 0.031 ml restricted. We can say that bacteria express the same amount of asparaginase but within a smaller population, leading to an activity that is 200% times higher.

Ces résultats permettent de montrer que les billes alvéolaires de silice permettent d'augmenter la cinétique de prolifération bactérienne mais également d'augmenter l'efficacité de la réactivité bactérienne intrinsèque d'un facteur d'environ 2. Ainsi, les billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries ont une activité catalytique améliorée par rapport aux bactéries libres.These results make it possible to show that the alveolar beads of silica make it possible to increase the kinetics of bacterial proliferation but also to increase the efficiency of the intrinsic bacterial reactivity by a factor of approximately 2. Thus, the alveolar beads of encapsulating silica bacteria have improved catalytic activity compared to free bacteria.

Le recyclage des billes alvéolaires de silice a également été étudié. La figure 6b montre en particulier l'activité de l'asparaginase de billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries au cours du premier cycle (courbe avec les ronds vides), au cours du deuxième cycle (courbe avec les triangles vides) et au cours du troisième cycle (courbe avec les losanges vides) ; et de billes alvéolaires de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase au cours du premier cycle (courbe avec les ronds pleins), au cours du deuxième cycle (courbe avec les triangles pleins) et au cours du troisième cycle (courbe avec les losanges pleins). Ainsi, on observe que l'efficacité des bactéries (pente de chacune des courbes au départ du cycle) est quasi-constante pour les trois cycles, allant de 6,lxl05 min1 pour le premier cycle, 5,8xl05 min1 pour le deuxième cycle et 5,9xl05 min1 pour le troisième cycle. Par ailleurs, pour les billes alvéolaires de silice exemptes de bactéries, on observe pour chacun des cycles une faible fluorescence, liée à l'auto-oxydation de l'Amplex® Red avec le temps.The recycling of alveolar silica beads has also been studied. FIG. 6b shows in particular the activity of asparaginase of alveolar silica beads free of bacteria during the first cycle (curve with the empty circles), during the second cycle (curve with the empty triangles) and during the third cycle (curve with empty diamonds); and alveolar beads of silica encapsulating bacteria overexpressing asparaginase during the first cycle (curve with the solid circles), during the second cycle (curve with the solid triangles) and during the third cycle (curve with the solid diamonds ). Thus, it is observed that the efficiency of the bacteria (slope of each of the curves at the start of the cycle) is almost constant for the three cycles, ranging from 6.1 × 5 × 5 min 1 for the first cycle, 5.8 × 10 5 min 1 for the second cycle and 5.9 × 10 5 min 1 for the third cycle. In addition, for the alveolar silica beads free of bacteria, a weak fluorescence is observed for each of the cycles, linked to the auto-oxidation of Amplex® Red over time.

Exemple 4 : utilisation des billes alvéolaires de silice comme biocatalyseurs (réactions en cascade)EXAMPLE 4 Use of Silicon Cellular Beads as Biocatalysts (Cascade Reactions)

Dans cet exemple l'activité de deux types de bactéries encapsulées dans différentes billes alvéolaires de silice a été évaluée selon la figure 7 annexée (utilisation du kit Amplex® red). La réaction en cascade commence par l'hydrolyse de la L-asparagine en aspartate suivie de l'oxydation de l'aspartate en oxaloacétate.In this example, the activity of two types of bacteria encapsulated in different cellular silica beads was evaluated according to attached FIG. 7 (use of the Amplex® red kit). The cascade reaction begins with the hydrolysis of L-asparagine to aspartate followed by the oxidation of the aspartate to oxaloacetate.

La figure 8 montre la fluorescence (traduisant l'activité de la Lasparaginase et de l'aspartate oxydase) (en unités arbitraires) en fonction du temps (en heures). Les bactéries surexpriment l'asparaginase dans le périplasme et les bactéries surexpriment l'aspartate oxydase dans le cytoplasme (figure 8a) ou dans le périplasme (figure 8b).FIG. 8 shows the fluorescence (reflecting the activity of Lasparaginase and of aspartate oxidase) (in arbitrary units) as a function of time (in hours). Bacteria overexpress asparaginase in the periplasm and bacteria overexpress aspartate oxidase in the cytoplasm (Figure 8a) or in the periplasm (Figure 8b).

En particulier, la figure 8a montre l'activité de l'asparaginase et de l'aspartate oxydase d'une bille alvéolaire de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase (courbe avec les carrés pleins), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les ronds pleins), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et deux billes alvéolaires encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins droits), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et trois billes alvéolaires encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins inversés), d'un mélange de bactéries libres surexprimant l'asparaginase et l'aspartate oxydase avec une densité optique de 0,1 pour les deux types de bactéries (courbe avec les losanges pleins), d'un mélange de bactéries libres surexprimant l'asparaginase et l'aspartate oxydase avec une densité optique de 0,1 pour les bactéries surexprimant l'asparaginase et de 1 pour les bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins direction gauche ◄) et d'un tampon PBS (courbe avec les triangles pleins direction droite ►).In particular, FIG. 8a shows the activity of asparaginase and aspartate oxidase of an alveolar ball of silica encapsulating bacteria overexpressing asparaginase (curve with solid squares), of a catalytic system comprising a ball alveolar encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with solid circles), a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and two alveolar beads encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with full right triangles), a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and three alveolar balls encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with inverted solid triangles ), a mixture of free bacteria overexpressing asparagina se and aspartate oxidase with an optical density of 0.1 for the two types of bacteria (curve with solid diamonds), of a mixture of free bacteria overexpressing asparaginase and aspartate oxidase with an optical density of 0 , 1 for bacteria overexpressing asparaginase and 1 for bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with solid triangles in left direction ◄) and PBS buffer (curve with solid triangles in right direction ►).

Comme on peut le voir sur la figure 8a, le système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase est aussi efficace qu'un mélange de bactéries libres surexprimant l'asparaginase et l'aspartate oxydase avec une densité optique de 0,1 pour les bactéries surexprimant l'asparaginase et de 1 pour les bactéries surexprimant l'aspartate oxydase. En outre, de façon surprenante, l'utilisation d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et deux ou trois billes alvéolaires encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase, améliore nettement les performances catalytiques. Il est donc possible de fournir un système catalytique comprenant des billes alvéolaires catalysant des réactions chimiques différentes et dans lequel il est possible de moduler le nombre de billes alvéolaires catalysant chacune desdites réactions chimiques.As can be seen in FIG. 8a, the catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase is as effective as a mixture of free bacteria overexpressing asparaginase and aspartate oxidase with an optical density of 0.1 for bacteria overexpressing asparaginase and 1 for bacteria overexpressing aspartate oxidase. In addition, surprisingly, the use of a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and two or three alveolar balls encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase, clearly improves the catalytic performances. It is therefore possible to provide a catalytic system comprising cellular balls catalyzing different chemical reactions and in which it is possible to modulate the number of cellular balls catalyzing each of said chemical reactions.

Il est également important de remarquer, comme dans l'exemple 3 précédent, que les billes alvéolaires encapsulant des bactéries sont plus efficaces que les bactéries libres utilisées en suspension. On note toujours une certaine latence dans la production initiale de fluorescence, notamment liée à la présence de l'enveloppe poreuse solide de silice dans les billes alvéolaires. Toutefois, après 3h, la fluorescence devient plus élevée pour les billes alvéolaires que pour les bactéries libres.It is also important to note, as in Example 3 above, that the alveolar beads encapsulating bacteria are more effective than the free bacteria used in suspension. There is always a certain latency in the initial fluorescence production, in particular linked to the presence of the solid porous envelope of silica in the alveolar beads. However, after 3 hours, the fluorescence becomes higher for the alveolar beads than for the free bacteria.

La figure 8b montre l'activité de l'asparaginase et l'aspartate oxydase d'une bille alvéolaire de silice encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase (courbe avec les carrés pleins), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les ronds pleins), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et deux billes alvéolaires encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins droits), d'un système catalytique comprenant une bille alvéolaire encapsulant des bactéries surexprimant l'asparaginase et trois billes alvéolaires encapsulant des bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins inversés), d'un mélange de bactéries libres surexprimant l'asparaginase et l'aspartate oxydase avec une densité optique de 0,1 pour les deux types de bactéries (courbe avec les losanges pleins), d'un mélange de bactéries libres surexprimant l'asparaginase et l'aspartate oxydase avec une densité optique de 0,1 pour les bactéries surexprimant l'asparaginase et de 1 pour les bactéries surexprimant l'aspartate oxydase (courbe avec les triangles pleins direction gauche ◄) et d'un tampon PBS (courbe avec les triangles pleins direction droite ►).FIG. 8b shows the activity of asparaginase and aspartate oxidase of an alveolar ball of silica encapsulating bacteria overexpressing asparaginase (curve with the filled squares), of a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with solid circles), a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and two alveolar balls encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with full solid triangles), of a catalytic system comprising an alveolar ball encapsulating bacteria overexpressing asparaginase and three alveolar balls encapsulating bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with inverted solid triangles) a mixture of free bacteria overexpressing asparaginase and aspartate o xydase with an optical density of 0.1 for both types of bacteria (curve with solid diamonds), of a mixture of free bacteria overexpressing asparaginase and aspartate oxidase with an optical density of 0.1 for bacteria overexpressing asparaginase and 1 for bacteria overexpressing aspartate oxidase (curve with solid triangles in left direction ◄) and PBS buffer (curve with solid triangles in right direction ►).

Dans le cas de la figure 8b, l'asparaginase et l'aspartate oxydase sont toutes les deux surexprimées dans le périplasme, ce qui permet une meilleure accessibilité au substrat extracellulaire et ainsi une meilleure efficacité catalytique. Lorsque l'aspartate oxydase est surexprimée dans le cytoplasme (cf. figure 8a), le substrat extracellulaire doit tout d'abord diffuser dans le cytoplasme bactérien afin que la dégradation enzymatique ait lieu. La différence d'accessibilité résulte en une différence de réactivité entre les deux types de systèmes catalytiques.In the case of FIG. 8b, asparaginase and aspartate oxidase are both overexpressed in the periplasm, which allows better accessibility to the extracellular substrate and thus better catalytic efficiency. When the aspartate oxidase is overexpressed in the cytoplasm (cf. FIG. 8a), the extracellular substrate must first diffuse in the bacterial cytoplasm so that the enzymatic degradation takes place. The difference in accessibility results in a difference in reactivity between the two types of catalytic systems.

Claims (18)

REVENDICATIONS 1. Bille alvéolaire de silice, caractérisée en ce qu'elle comprend :1. Honeycomb silica ball, characterized in that it comprises: - un cœur contenant une mousse de silice à porosité hiérarchisée et des microorganismes dispersés dans ladite mousse, eta core containing a silica foam with hierarchical porosity and microorganisms dispersed in said foam, and - une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur, lesdits microorganismes étant dotés d'une activité catalytique.a solid porous envelope of silica surrounding said core, said microorganisms being endowed with catalytic activity. 2. Bille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la mousse de silice comprend des macropores ayant une dimension moyenne dA de 0,5 pm à 100 pm, des mésopores ayant une dimension moyenne dE de 2 à 50 nm, et des micropores ayant une dimension moyenne di de 5 à 15 Â, lesdits pores étant interconnectés.2. Ball according to claim 1, characterized in that the silica foam comprises macropores having an average dimension d A of 0.5 pm to 100 pm, mesopores having an average dimension d E of 2 to 50 nm, and micropores having an average dimension di of 5 to 15 Å, said pores being interconnected. 3. Bille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les microorganismes encapsulés dans ladite bille alvéolaire de silice sont choisis parmi des bactéries, des levures, des microalgues, des spores, des virus et des champignons.3. Ball according to claim 1 or 2, characterized in that the microorganisms encapsulated in said alveolar ball of silica are chosen from bacteria, yeasts, microalgae, spores, viruses and fungi. 4. Bille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'enveloppe poreuse solide de silice est comprise entre 2 et 12 pm.4. Ball according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the solid porous silica envelope is between 2 and 12 μm. 5. Bille selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle présente un diamètre moyen compris entre 1 et 6 mm.5. Ball according to any one of the preceding claims, characterized in that it has an average diameter between 1 and 6 mm. 6. Procédé de préparation de billes telles que définies à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :6. Method for preparing beads as defined in any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises the following steps: i) on prépare une solution aqueuse acide contenant un tensioactif TAi et au moins un alcoxyde de silicium précurseur de l’oxyde de silicium formant la mousse de silice, ii) on prépare une émulsion en introduisant une première phase huileuse dans la solution aqueuse acide de l'étape i) ;i) an acidic aqueous solution is prepared containing a surfactant TAi and at least one silicon alkoxide precursor of the silicon oxide forming the silica foam, ii) an emulsion is prepared by introducing a first oily phase into the acidic aqueous solution of step i); iii) on ajoute goutte à goutte l'émulsion de l'étape ii) dans une deuxième phase huileuse et le mélange résultant est laissé à température ambiante pendant au moins 24h pour former une mousse de silice à porosité hiérarchisée sous la forme de billes, iv) on lave les billes,iii) the emulsion of step ii) is added dropwise in a second oily phase and the resulting mixture is left at room temperature for at least 24 hours to form a silica foam with hierarchical porosity in the form of beads, iv ) the beads are washed, v) on calcine les billes, vi) on incube des microorganismes dotés d'une activité catalytique dans les billes de l'étape v) et on les colonise pour former un cœur en mousse de silice à porosité hiérarchisée dans laquelle les microorganismes dotés d'une activité catalytique sont dispersés, et vii) on forme une enveloppe poreuse solide de silice entourant ledit cœur.v) calcining the beads, vi) incubating microorganisms with catalytic activity in the beads of step v) and colonizing them to form a silica foam core with hierarchical porosity in which the microorganisms with a catalytic activity are dispersed, and vii) a solid porous envelope of silica is formed surrounding said core. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la proportion massique d'émulsion dans la deuxième phase huileuse lors de l'étape iii) varie de 1% à 50% en masse, par rapport à la masse de la deuxième phase huileuse.7. Method according to claim 6, characterized in that the mass proportion of emulsion in the second oily phase during step iii) varies from 1% to 50% by mass, relative to the mass of the second oily phase . 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la deuxième phase huileuse a une viscosité d'au moins 350 cSt.8. Method according to claim 6 or 7, characterized in that the second oily phase has a viscosity of at least 350 cSt. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'enveloppe poreuse est obtenue par mise en contact des billes de l'étape vi) avec une solution à pH neutre comprenant au moins un silicate alcalin ou des particules solides colloïdales de silice.9. Method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the porous envelope is obtained by bringing the beads of step vi) into contact with a solution at neutral pH comprising at least one alkaline silicate or colloidal solid particles of silica. 10. Utilisation d'au moins une bille alvéolaire de silice telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, comme biocatalyseur hétérogène.10. Use of at least one cellular silica ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the process as defined in any one of claims 6 to 9, as a heterogeneous biocatalyst. 11. Procédé de biocatalyse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape A) de mise en contact d'un substrat S1 avec au moins une bille alvéolaire de silice telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à11. Biocatalysis method, characterized in that it comprises at least one step A) of bringing a substrate S 1 into contact with at least one cellular silica ball as defined in any one of claims 1 to 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, afin de transformer le substrat S1 en produit P1.5 or obtained according to the method as defined in any one of claims 6 to 9, in order to transform the substrate S 1 into product P 1 . 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat S1 est la L-asparagine, les microorganismes M1 de la bille sont des bactéries E. Coli surexprimant la L-asparaginase et le produit P1 est l'aspartate.12. Method according to claim 11, characterized in that the substrate S 1 is L-asparagine, the microorganisms M 1 of the ball are E. Coli bacteria overexpressing L-asparaginase and the product P 1 is aspartate. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat S1 est l'aspartate, les microorganismes M1 sont des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase et le produit P1 est l'oxaloacétate.13. The method of claim 11, characterized in that the substrate S 1 is aspartate, the microorganisms M 1 are bacteria E. Coli overexpressing aspartate oxidase and the product P 1 is oxaloacetate. 14. Système catalytique comprenant au moins une première bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9 ; et au moins une deuxième bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, ladite première bille comprenant des microorganismes M1 dotés d'une activité catalytique et ladite deuxième bille comprenant des microorganismes M2 dotés d'une activité catalytique, lesdits microorganismes M1 et M2 étant différents.14. Catalytic system comprising at least a first ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the process as defined in any one of claims 6 to 9; and at least one second ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the method as defined in any one of claims 6 to 9, said first ball comprising microorganisms M 1 provided with a catalytic activity and said second ball comprising microorganisms M 2 endowed with catalytic activity, said microorganisms M 1 and M 2 being different. 15. Système catalytique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend une bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, ladite bille comprenant des bactéries E. Coli surexprimant la L-asparaginase et deux ou trois billes telles que définies à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenues selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, lesdites billes comprenant des bactéries E. Coli surexprimant l'aspartate oxydase.15. Catalytic system according to claim 14, characterized in that it comprises a ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the process as defined in any one of claims 6 to 9, said ball comprising E. Coli bacteria overexpressing L-asparaginase and two or three balls as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the process as defined in any one of claims 6 to 9, said beads comprising E. Coli bacteria overexpressing aspartate oxidase. 16. Utilisation d'au moins une bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, pour la production d'énergie.16. Use of at least one ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the method as defined in any one of claims 6 to 9, for the production of energy. 17. Utilisation d'au moins une bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, pour la réduction de contaminants.17. Use of at least one ball as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the method as defined in any one of claims 6 to 9, for the reduction of contaminants. 18. Utilisation d'au moins une bille telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou obtenue selon le procédé tel que défini à l'une quelconque des revendications 6 à 9, pour la production de protéines recombinantes.18. Use of at least one bead as defined in any one of claims 1 to 5 or obtained according to the process as defined in any one of claims 6 to 9, for the production of recombinant proteins. 1/61/6 GlucoseGlucose ABTS oxydéOxidized ABTS Glucose oxydase <«W) .fGlucose oxidase <"W) .f Peroxydase de raifort (HRP]Horseradish peroxidase (HRP) Détection UV à 420 nmUV detection at 420 nm Gluconolactor.eGluconolactor.e Oj HjOOj HjO
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