Study of the red and proliferative macroalga Solieria chordalis: ecophysiological aspects, water-soluble extracts production and potential applications.
Étude de la macroalgue rouge Solieria chordalis : aspects écophysiologiques, production d’extraits et perspectives d’applications.
Résumé
These last decades, Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales), a red and proliferative
macroalga appears every year in south of Brittany on the peninsula of Rhuys. It is a question of removing
more than 2 000 tons of red seaweeds, mainly composed of S. chordalis. These proliferations represent
a true ecological problem and an economic constraint for the affected communities. Today, S. chordalis
is essentially used as fertilizers on the agricultural fields of the affected communities. This project aims
to study S. chordalis in order to find a way to add more value to this seaweed by proposing a rational
and sustainable management as well as potential applications based on water-soluble antiviral,
antibacterial and immunostimulant extracts.
From October 2013 to October 2015, S. chordalis was collected monthly on the same place on
the peninsula of Rhuys to study its biochemical and biological characteristics. Results have shown
seasonal variations in the biomass on the shore, in the macro- and microscopic morphologies, in the dry
matter rate and in the biochemical composition. Nevertheless, these variations are similar every year,
which underlines an annual life cycle of the seaweed. In relation with the seasonal environmental factors,
it is now possible to estimate the quantity and the biochemical composition of the seaweed and to
propose potential applications.
With characteristics of high catalytic efficiency, specificity, the environmental-friendly process
of Enzyme-Assisted Extraction was chosen to produce water-soluble extracts with antiviral,
antibacterial and immunostimulant activities. To obtain a maximum number of water-soluble and active
compounds, the process was performed in two steps. First, the protease Alcalase was selected among
eight different complexes of enzymes. Alcalase improved the extraction yield with a significant gain of
30 % of the water-soluble and free compounds compared to an extraction without the action of enzymes.
Secondly, a response surface methodology was used to optimized the enzyme-assisted extraction. The
extraction yield increased which confirmed the efficiency of the environmental friendly method of
extraction. Almost 60 % of the dry matter of algae were liquefied and water-solubilized.
Water-soluble extracts produced after the action of enzymes have shown anti-herpetic activities
(EC50 from 86.0 to 145.9 μg/mL) and no cytotoxicity was detected. This activity was improved by
isolating sulfated polysaccharides from these extracts (EC50 from 1.3 to 9.1 μg/mL). The
immunostimulant activity was evaluated by using the pathogenicity model Caenorhabditis elegans –
Pseudomonas aeruginosa. The life span of infected nematods by pathogen bacteria increased after the
application of water-soluble extracts from S. chordalis. Some immune genes of C. elegans were
stimulated (zk6.7, spp-1, f28d1.3 and f38a1.5). Moreover, these same extracts allowed to inhibit the
bacteria growth and to suppress the expression of some genes of virulence of bacteria (rpoN and, to a
lesser extent, some genes of the las and rhl systemes). Produced extracts present antiviral and
immunostimulant activites that allow to anticipate applications for diverse domains.
Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales) s’échoue depuis de nombreuses années sur la
presqu’île de Rhuys dans le sud de la Bretagne. À hauteur de plus de 2 000 tonnes par an, ces arrivées
massives d’algues causent de réels problèmes écologiques et économiques pour les communes du littoral
breton. Aujourd’hui, S. chordalis est employée essentiellement en tant que fertilisants dans les champs
agricoles des communes touchées. L’objectif des travaux de recherche a été d’étudier S. chordalis, dans
l’optique de proposer une gestion raisonnée voire durable de cette biomasse ainsi que des perspectives
d’applications, notamment à base d’extraits hydrosolubles antiviraux, antibactériens et
immunostimulants.
D’octobre 2013 à octobre 2015, un suivi mensuel des caractéristiques biochimiques et
biologiques de S. chordalis de la Presqu’île de Rhuys a été réalisé. Les résultats ont montré une variation
saisonnière de la biomasse sur l’estran, de la morphologie macro- et microscopique, du taux de matière
sèche et de la composition biochimique de l’espèce. Néanmoins, ces variations sont similaires d’année
en année, ce qui appuie l’idée d’un cycle de vie annuel de l’algue. En fonction des facteurs saisonniers
environnementaux, il est désormais possible d’estimer la quantité et la composition biochimique de
l’algue et de proposer des applications.
Le procédé d’Extraction Assistée par Enzymes pour ses avantages écologiques, sa spécificité et
pour son efficacité catalytique a été choisi pour la production d’extraits hydrosolubles antiviraux,
antibactériens et immunostimulants. Afin d’accéder à une quantité maximale de composés
hydrosolubles actifs, deux étapes ont été suivies. Premièrement, la protéase commerciale Alcalase a été
sélectionnée parmi huit complexes d’enzymes. En effet, Alcalase permet d’augmenter significativement
de 30 % la quantité de composés hydrosolubles disponibles, par rapport à une extraction sans enzyme.
Deuxièmement, une optimisation des conditions d’extraction selon un plan d’expériences a permis
d’augmenter le rendement d’extraction et ainsi confirmer l’efficacité de cette technologie d’extraction
éco-responsable. Près de 60 % de la matière sèche de l’algue ont été liquéfiés et solubilisés.
Les extraits hydrosolubles produits en présence d’enzymes ont montré des activités antiherpétiques
(CE50 de 86,0 à 145,9 μg/mL), sans montrer de cytotoxicité sur les cellules saines. Cette
activité a été renforcée en isolant les polysaccharides sulfatés de ces extraits (CE50 d’1,3 à 9,1 μg/mL).
L’activité immunostimulante a été évaluée en utilisant le modèle de pathogénicité Caenorhabditis
elegans – Pseudomonas aeruginosa. L’application d’extraits hydrosolubles de S. chordalis prolonge
l’espérance de vie du nématode infecté par la bactérie pathogène, notamment en stimulant l’expression
de certains gènes de son système immunitaire (zk6.7, spp-1, f28d1.3 et f38a1.5). En présence de ces
mêmes extraits, une inhibition de la croissance bactérienne ainsi qu’une répression de l’expression de
quelques gènes de la virulence de la bactérie ont aussi été observées (rpoN et dans une moindre mesure
les gènes des systèmes las et rhl). Les extraits produits présentent donc des activités antivirales et
immunostimulantes intéressantes qui permettent d’envisager des applications dans divers domaines.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)