Protéines en contact avec des macro et microplastiques : devenir en solution et aux interfaces

Proteins in contact with macro and microplastics : fate in solution and at interfaces

• Auteur / Autrice : Marion Schvartz
• Direction : Guillaume Brotons, Jean-Philippe Renault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Environnement et biologie
• Date : Soutenance le 27/03/2023
• Etablissement(s) : Le Mans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Molécules et Matériaux du Mans (Le Mans ; 2012-....) - Institut des Molécules et Matériaux du Mans / IMMM
• Jury : Président / Présidente : Camille Loupiac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Alard, Florence Gazeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Coma, Guillaume Duflos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions nanoparticule-protéine

Couronne protéique

Absorption et adsorption

Protéines

Protéines -- Agrégation

Matières plastiques

Microplastiques

Mots clés libres

Microplastiques

Macroplastiques

Protéines

Adsorption

Comportement colloïdal

Interfaces

Microplastics

Macroplastics

Proteins

Adsorption

Colloidal behavior

Interfaces

Résumé

Les matériaux plastiques sont utilisés dans de nombreux domaines, y compris pour des applications où ils sont en contact avec des biomolécules. Des études récentes ont montré la présence de microplastiques dans la plupart des écosystèmes, où ils peuvent entrer en interaction avec des biomolécules. Dans le cadre de ce travail, nous nous sommes intéressés aux interactions entre des matériaux plastiques et un certain type de biomolécules : les protéines. Ce choix s'explique par le fait que les protéines ont été identifiées comme les principaux composants des couronnes de biomolécules entourant des nanoparticules lorsqu’elles sont en environnement biologique. Un extrait protéique de levure contenant environ six mille protéines a été sélectionné afin d’identifier les protéines sensibles et celles étant résistantes aux stress imposés par les plastiques.Ce stress « plastique » se traduit par l’adsorption des protéines et/ou leur agrégation. L'étude de l'agitation de solutions de protéines dans des tubes en plastique a permis de proposer un mécanisme plus précis de déstabilisation des protéines par leur exposition aux interfaces air/liquide et solide/liquide. Sur des microplastiques de polyéthylène et polypropylène, choisis pour leur persistance dans l’environnement, une caractérisation de la couronne protéique a été réalisée par quantification, imagerie (par microscopie de fluorescence utilisant les radiations synchrotron) et identification des protéines adsorbées (par protéomique).Il a également été montré que les protéines, par leur adsorption sur des microplastiques, en modifient le comportement colloïdal, ouvrant la voie à de nombreuses applications, par exemple de dépollution ou d’'études in vivo.

The plastic materials are used in various domains, including for applications where they are in contact with biomolecules. Moreover, recent studies have shown the presence of microplastics in almost all ecosystems, where they can also interact with biomolecules. In this work, we studied the interactions between plastic materials and one category of biomolecules: the proteins. This choice is explained by the fact that proteins has been identified as the main component of the biomolecule corona, surrounding nanoparticles in biological environment. A yeast protein extract, containing about six thousands of proteins has been selected to identify the sensitive proteins and the resistant ones to the imposed stresses.This "plastic" stress results in the adsorption or aggregation of proteins. The effect of the protein solution agitation in plastic vials allowed the proposition of a protein destabilization mechanism in solution and at the air/liquid and solid/liquid interfaces.On polyethylene and polypropylene microplastics, chosen for their persistence in the environment, a protein corona characterization has been realized by quantification, imaging (by fluorescence microscopy using synchrotron radiation) and identification (by proteomic) of the adsorbed proteins. It has been shown that protein, by their adsorption on microplastics, modify their colloidal behavior, paving the way to various applications, such as depollution or in vivo studies.