Résumé : La contamination bactérienne représente un enjeu majeur dans les domaines agroalimentaires et médicaux. Les limites des approches antibactériennes actuelles, dont l’émergence de résistance, motivent la recherche de nouveaux composés antibactériens.
Ce travail de doctorat explore les propriétés biologiques des polyionènes en tant que polymères cationiques antibactériens. Le premier objectif a été de concevoir de nouvelles structures de polyionènes en modifiant leur composition chimique. Pour ce faire, deux paramètres ont été investigués : 1/ l’ajout de fonctions amides polarisables et des cycles aromatiques rigides, et 2/ la variation de la longueur et la nature des segments hydrophobes des polyionènes. Le second objectif concerne le greffage de ces polyionènes sur des nanoparticules afin d’étendre leurs applications. Qu’ils soient greffés ou libres en solution, les propriétés biologiques de ces polymères ont été ensuite mesurées, envers des bactéries puis des cellules de mammifère.
Plusieurs protocoles de synthèse des différents monomères ont été développés, ainsi que des polymères associés afin d’obtenir des structures de polyionènes originales. La synthèse directe de nanoparticules d’or en présence de polyionènes fonctionnalisés a permis d’obtenir des nanoparticules greffées de manière covalente avec une densité de greffage élevée. Il a été montré que la masse molaire du polyionène influence la taille et la densité du greffage des nanoparticules d’or.
Les nouveaux polyionènes et les nanoparticules greffées ont été évalués pour leurs propriétés antibactériennes contre Staphylococcus aureus et Escherichia coli, ainsi que leur biocompatibilité avec des fibroblastes murins (L929). Un type de polymères obtenus a montré une sélectivité envers Escherichia coli, tandis qu’un autre est plus efficace contre Staphylococcus aureus. Un troisième est efficace envers les deux souches, sans sélectivité apparente. Les nanoparticules greffées ont conservé l’activité antibactérienne du polymère libre, à concentration massique égale. Les études de biocompatibilité ont montré que les polymères avec petits segments hydrophobes sont moins cytotoxiques. Parmi les polyionènes synthétisés, certaines architectures se sont révélées plus performantes que le polyionène de référence, à savoir de plus grandes propriétés antibactériennes et une moins grande cytotoxicité envers les cellules de mammifère.
Enfin, une étude multi-échelles a exploré le mode d’action du polyionène sur la membrane bactérienne. Il a été démontré que le polyionène induit un détachement de la membrane du cytoplasme, entraînant une lyse osmotique. Une analyse protéomique a révélé une sous-expression des protéines de stress oxydatif, suggérant que le polyionène empêche la bactérie de lutter contre ce stress, entraînant sa mort. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles stratégies antibactériennes exploitant les polyionènes modifiés et greffés sur nanoparticules.
Mots clés : Polymères, Antibactérien, Greffage, Nanoparticules, Escherichia coli, Staphylococcus aureus