Production of interesting biomolecules (phlorotannins, pigments, lipids) in brown algal model, by combined approaches : metabolic profiling and ecophysiology
Etude de la production de biomolécules d'intérêt (phlorotannins, pigments, lipides) d' algues brunes modèles par des approches combinées de profilage métabolique et d'écophysiologie
Résumé
Our study is part of the research process for new compounds of natural origin with biological activities and possible industrial perspectives. In a first part, we tested innovative extraction methodologies using three brown algae species as model. We optimized the solid/liquid extraction protocol by estimating diverse crucial parameters which influence the extraction yield and radical scavenging activities of extracts. In order to find an innovative and more "green" extraction methodology answering the European standards, we thus tested more recent extraction methods using solvents in their supercritical state or under pressure. The comparison with the solid/liquid process allowed us to select pressurized liquid extraction (PLE) using an ethanol-water mixture for the extraction of active compounds with a high efficiency, but also to select Sargassum muticum as an interesting model for further investigations. In a second part, we were interested in the quantitative and qualitative variations of the main macromolecules present in the invasive species S. muticum in Europe. The employment of two analytical techniques (NMR HR-MAS and IR spectroscopy), allowed us to have an overview of biochemical parts of the algae, which vary according to the geographical position of this wide spread species. This study showed how a species is able to modify its biochemical composition, and then to acclimate, according to the environment. We then focused on molecules, which showed important variations along the latitudinal range of S. muticum. This work highlighted the effects of environmental parameters on lipid (GC analysis) and protein compartments as well as on carbohydrates and pigments quantities (HPLC analysis). The influence of these parameters on the size of individuals was also discussed. The last part of this study allowed us to describe the quantitative and qualitative variations of phlorotannins in S. muticum on a large spatial scale, along a latitudinal gradient (Norway-Portugal). At first this variability was measured thanks to temporal and spatial follow-up of the phlorotannins contents. The study of intra-specific and intra-individual variabilities allowed us to highlight an effect of the development stage and of the seaweed part: phlorotannins contents and activities are more important in holdfast and in mature individuals. After the research of a simple protocol for the phenolic compounds semi-purification present in Sargassum muticum, we were able to highlight the presence of compounds of only phlorethol type in this species by means of 2D RMN techniques. These semi-purified fractions possess notorious radical scavenging and antibacterial activities. Finally, the use of several membrane separation techniques allowed us to consider the molecular weight of the various compounds present in the extracted pool of phenolic compounds. Finally, under controlled conditions, the effects of the light quality and the seawater temperature were tested: UV-A and UV-B radiations boost the production of CP while an increase of the temperature makes the phlorotannins production decreasing in S. muticum.
Notre étude s’inscrit dans un processus de recherche de nouveaux composés d’origine naturelle à activités biologiques avérées à partir de macroalgues brunes, avec d’éventuelles perspectives d’exploitation industrielle. Ainsi, dans un premier volet nous avons testé des méthodologies innovantes en matière d‘extraction en utilisant trois espèces d’algues brunes comme modèles. Nous avons optimisé le protocole d’extraction solide/liquide en estimant divers paramètres cruciaux qui influent sur le rendement d’extraction et sur les activités antiradicalaires des composés extraits. Soucieux de trouver une méthodologie innovante d’extraction plus « verte » répondant aux normes européennes, nous avons donc testé des méthodes d’extraction utilisant des solvants dans leur état supercritique ou sous forme pressurisés. La comparaison avec le procédé d’extraction solide/liquide nous a permis de sélectionner l’extraction par fluides pressurisés (PLE) employée avec un mélange Ethanol-Eau pour l’extraction de composés antiradicalaires avec une haute efficacité. Dans une deuxième partie nous nous sommes intéressés aux variations quantitatives et qualitatives des principales macromolécules présentes chez l’espèce invasive Sargassum muticum en Europe. L’emploi de deux techniques analytiques, RMN HR-MAS et spectroscopie IR, nous a permis d’avoir une vue d’ensemble des compartiments susceptibles de subir des variations selon la position géographique d’une même espèce à large répartition. Cette étude nous a montré comment une espèce est capable de changer sa composition biochimique en fonction de son environnement et ainsi s’acclimater à des milieux assez différents. Ce travail a mis en évidence les effets de différents paramètres environnementaux sur les compartiments lipidique (analysés en GC), protéique ainsi que sur les quantités de carbohydrates et de pigments (analysés en HPLC). L’influence de ces paramètres sur la taille des individus de Sargassum muticum a également été discutée. La dernière partie de cette étude nous a permis de décrire les variations quantitatives et qualitatives des phlorotannins chez l’espèce invasive Sargassum muticum sur une grande échelle spatiale, le long d’un gradient latitudinal (Norvège-Portugal). Dans un premier temps cette variabilité a été appréhendée grâce à un suivi temporel et spatial des teneurs en phlorotannins. L’étude des variabilités intra-spécifiques et intra-individuelles nous a permis de mettre en évidence un effet du stade de développement et de la partie de l’algue considérée : les teneurs et activités des phlorotannins sont plus importantes dans les crampons et chez les individus matures. Après la recherche d’un protocole simple pour la semi-purification des composés phénoliques présent chez Sargassum muticum, nous avons pu mettre en évidence la présence de composés de type phlorethol au moyen de techniques de RMN à deux dimensions (2D). Ces fractions semi-purifiées possèdent des activités antiradicalaire et antibactérienne notoires. Enfin, l’utilisation de plusieurs techniques de séparation membranaires nous a permis d’estimer le poids moléculaire des différents composés présents dans le pool de composés phénoliques extrait. Enfin, suite aux constats effectués sur les populations, l’effet de l’intensité lumineuse et de la température de l’eau a pu être apprécié isolément : les radiations UVA et UVB boostent la production de CP alors qu’une augmentation de la température fait chuter la production de CP chez S. muticum.
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