Escherichia coli cells have been encapsulated within sol-gel silica matrices. The cellular organization of these bacteria appears to be well preserved. Their β-galactosidase activity was measured via the hydrolysis of p-NPG. The formation of p-nitrophenol was followed by optical absorption. These experiments show that the enzymatic activity of entrapped cells still exhibit a Michaelis behaviour. Their affinity toward the p-NPG substrate seems even better when the cells are trapped. They can be kept for days in wet gels but their activity decreases drastically upon drying.
L'encapsulation de bacteries au sein de gels de silice elabores par voie sol-gel conserve la structure cellulaire et l'activite enzymatique des bacteries. Nos resultats portent sur l'activite β galactosidase d'Escherichia coli, suivie par la formation du p-nitrophenol forme lors de l'hydrolyse du p-NPG (4-nitrophenyl-β-D-galactopyranoside). Les cellules presentent un comportement michaelien et leur activite peut etre conservee pendant plus d'une semaine au sein de gels humides. En revanche, elle decroit rapidement lors du sechage. Des cultures bacteriennes d'Escherichia coli ont ete induites a l'IPTG (isopropylthiogalactoside), de facon a exprimer la β-galactosidase. Ces bacteroes ont ensuite ete encapsulees dans un gel de silice, selon la methode en 2 etapes. Dans une premiere etape, l'alcoxyde Si(OCH 3 ) 4 est hydrolyse directement par l'eau a pH acide, de facon a obtenir une solution de precurseurs hydrolyses. Le pH est ensuite ajuste a pH ~ 7 par un tampon phosphate, avant d'ajouter une suspension aqueuse de bacteries (10 7 cellules par mL). Les reactions de condensation conduisent a la formation rapide d'un gel, au sein duquel les cellules se trouvent piegees. Le gel est ensuite laisse au repos pendant plusieurs jours dans un recipient ferme. On obtient ainsi un gel humide, qui contient une forte quantite d'eau (environ 70% en poids). Par sechage de ce gel dans les conditions ambiantes, on obtient un gel sec, qui ne contient plus que 10% en poids d'eau. L'observation de ces gels par microscopie electronique a balayage montre que les bacteries sont bien dispersees dans la matrice. Les cliches obtenus en transmission mettent en evidence l'integrite cellulaire des bacteries lorsque le gel est humide. La membrane n'est absolument pas deterioree par l'encapsulation (figure 1a). Ceci n'est malheureusement plus le cas lorsque le gel est seche ; on observe alors une destruction partielle de la membrane (figure 1b). L'activite enzymatique des bacteries encapsulees a ete determinee en suivant la reaction d'hydrolyse du p-NPG, qui conduit a la formation de p-nitrophenol et de β-D-galactose. Le p-nitrophenol forme est dose par absorption optique a λ = 400 nm. Les courbes de Michaelis donnant la vitesse de la reaction en fonction de la concentration du substrat [p-NPG] montrent que les bacteries encapsulees conservent un comportement michaelien. Dans les suspensions concentrees, l'affinite des enzymes pour leur substrat est meme augmentee (K M = 0.25 mM dans le gel contre 0,45 mM pour les bacteries en suspension). Des resultats beaucoup moins interessants sont obtenus lorsque le gel est seche. L'activite enzymatique decroit rapidement au sechage, pour devenir negligeable lorsque la teneur en eau du gel est inferieure a 40 % en poids.