Towards the monitoring of physico-chemical properties of carrageenan using new sulfatases
Modification des Propriétés Physico-Chimiques des Carraghénanes par la Purification et Caractérisation de Carraghénane-Sulfatases
Résumé
Carrageenans are sulfated galactans extracted from cell wall of numerous species of red seaweeds. These polysaccharides of marine origin present unique rheological properties, and are widely used as texturing agents in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries. They are composed of galactose units linked alternatively by alpha (1→3) and beta (1→4) links, and differ by the occurence of 3,6-anhydro bridge and their degree of sulfatation. However, carrageenans are heteropolymers and present complex hybrid stuctures in nature. The variability of carrageenan composition, which depends on algal species, life stage and extraction processes, offers a wide range of physico-chemical properties for various applications.
In order to master the rheological properties of carrageenans, it’s necessary to control their chemical structures. To this end, the purification of enzymes of desulfatation -called sulfatases- was undertaken allowing monitoring directly on the gelling properties of these polysaccharides. These enzymes catalyse the hydrolysis of sulfate esters bonds of many biological compounds, and are involved in many metabolic processes.
Through a screening, several carrageenan-sulfatases have been highlighted in the marine bacterium P. atlantica. Purification of two of them (Q15XH3, Q15XH1) showed that they were fomylglycine-dependent sulfatases, and led to the identification of a cluster of genes involved in the biodegradation of carrageenans. Overexpression of others sulfatases from this cluster has allowed characterizing a new carrageenan-sulfatase (Q15XG7). Studies conducted without a priori in the bacterium P. atlantica has also revealed the existence of two carrageenases. Sulfatases studied has allowed preparing of new carrageenans, including the production of pure Alpha-carrageenan. These results open new perspectives of biotechnological applications in carrageenan industry.
Les carraghénanes sont des galactanes sulfatés extraits de la paroi de certaines algues rouges. Ces polysaccharides d’origine marine présentent des propriétés rhéologiques uniques et sont très largement exploités dans l’industrie agro-alimentaire, cosmétique, et pharmaceutique comme agents de texture (gélifiants et épaississants). Ils sont composés d’unités galactoses liées alternativement par des liaisons alpha (1→3) et beta (1→4), et diffèrent par la présence ou non d’un pont 3,6 anhydro et par leur degré de sulfatation. Cependant, les carraghénanes sont des hétéropolymères et présentent dans la nature des structures hybrides. La grande diversité structurale de ces polysaccharides dont la composition varie en fonction de nombreux facteurs (espèce de l’algue, site et saison de récolte, procédés d’extraction) offre un large panel de propriétés physico-chimiques exploitable dans diverses applications.
Afin de contrôler les propriétés physico-chimiques des carraghénanes, il est donc nécessaire de maîtriser leurs structures chimiques. Dans ce but, la purification d’enzymes de désulfatation - appelées sulfatases - a été entreprise, permettant ainsi de jouer directement sur la gélification des carraghénanes. Ces enzymes catalysent l’hydrolyse des esters sulfatés de nombreux composés biologiques et sont impliquées dans divers processus métaboliques.
Grâce à un criblage, plusieurs carraghénane-sulfatases ont été mises en évidence dans la bactérie marine P. atlantica. La purification de deux d’entre elles (Q15XH3, Q15XH1) a montré qu’il s’agissait de sulfatases à formylglycine, et a conduit à l’identification d’un cluster de gènes impliqué dans la biodégradation des carraghénanes. La surexpression d’autres sulfatases menée à partir de ce cluster, a permis de caractériser une nouvelle carraghénane-sulfatase (Q15XG7). Les études conduites sans a priori avec la bactérie P. atlantica ont également permis de révéler l’existence de deux carraghénases. Les sulfatases caractérisées ont permis de préparer de nouveaux carraghénanes, et notamment de l’Alpha-carraghénane pur. Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives d’applications biotechnologiques dans l’industrie des carraghénanes.