[PDF] Valorisation des métabolites dalgues proliférantes par voie

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THESE / UNIVERSITE DE BRETAGNE-SUD

pour obtenir le titre de -SUD

Mention : Biologie Marine

Ecole Doctorale Des Sciences de la Mer Présentée par BURLOT Anne-Sophie Préparée au Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines,

Étude de la macroalgue

rouge Solieria chordalis : aspects écophysiologiques, Thèse soutenue le 19 décembre 2016 devant le jury composé de :

Laroche Céline

Maître de conférences, Université Blaise Pascal, Polytech Clermont

Ferrand / rapportrice

Helbert William

Directeur de recherche CNRS, CERMAV Grenoble / rapporteur

Chevalier Sylvie

Professeur des Universités, Université de Rouen / examinatrice

Deslandes Éric

Professeur des Universités, Université de Bretagne Occidentale / examinateur

Bourgougnon Nathalie

Professeur des Universités, Université de Bretagne Sud / Co-directrice

Bedoux Gilles

Maître de conférences, Université de Bretagne Sud / Co-directeur

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Remerciements

Remerciements

de trois enrichissantes et intenses années.

spécialiste en génie biologique (biochimie et microbiologie industrielle) et au Dr. Helbert, directeur

de recherches CNRS au Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales (CERMAV) de

les examinateurs de ces travaux, à savoir le Pr. Chevalier du Laboratoire de Microbiologie Signaux et

également au Pr. Hellio du LEMAR et au Dr. Dumay du laboratoire Mer Molécules Santé de

directeurs de thèse le Pr. Nathalie Bourgougnon et le Dr. Gilles Bedoux dont la complémentarité professionnelle est Parmi ses nombreuses qualités, je tiens à (re)souligner, constante, la joie de vivre au quotidien, les remarques pertinentes et les conseils constructeurs de Nathalie. Je rajouterai à cela son dynamisme accompagné notamment exemple, sans oublier son côté très humain, sa gentillesse et sa générosité. Je suis impressionnée et admirative par tout ce

aux algues, remèdes de botanistes). De plus, grâce à ses Pr. Nathalie Bourgougnon et Dr.

Gilles Bedoux lors du congrès ISS à

Copenhague en juin 2016

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Remerciements

remercie également pour cela. Quant à Gilles, il peut être défini, selon son premier doctorant et moi-même, comme

venues de nombreux étudiants, professeurs, chercheurs, industriels, journalistes, élus, le

majeure partie du temps, la force tranquille de Gilles reste canalisée, il arrive parfois que celle-

ci fasse des petites escapades sur le dance floor de Sydney ou de Copenhague, entrainant avec

elle et sans hésitation la foule de phycologues internationaux. Des bons et mémorables

moments. ces deux enseignants-chercheurs. Je leur serai toujours reconnaissante. Merci à eux ! membres du consortium du projet VB2 et aux instances gouvernementales françaises et européennes qui ont permis la réalisation des travaux présentés dans ce manuscrit. Les échanges entre partenaires privés et publics les industriels a été tout particulièrement intéressante. Je tiens également à remercier tous les membres du LBCM ainsi que le personnel de Tony Da Cruz (Olmix), Marie-Catherine Muzellec (Végénov), Pierre- Jacques Dauneau (Agrival), Nathalie Bourgougnon (UBS), Marie Turner (Végénov), moi-même, Gilles Bedoux (UBS), Frédéric Le Sourd (Agrival) et François Gallissot (Gallissot Missions Indusrielles). Ne sont pas présents Mathieu Isoard et Antoine Ravenel (Globe Export Algues de Bretagne,) Pi Nyvall Collèn et Damien Berdeaux (Olmix), Alexis

Guillard et Nicolas Chabord (D&Consultants).

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Remerciements

première lectrice de ses publications. Mme Gervois, alias Annette, ma chère collègue de biologie

de lire en avant-première cette thèse et pour avoir ajouté ses remarques et excellents conseils

de professeure avisée.

partie de leurs travaux est intégrée aux résultats présentés dans ce manuscrit. Lise, Yasmine,

merci beaucoup! Thanks to the Irish Declan and Michelle, hard and nice undergraduate students from Galway University.

succulent couscous tunisien, à Marin-Pierre pour avoir partagé sa transformation capillaire, à

Isuru, à Anne-Sophie, à Arif, à Marie, à Nolwenn, à Christel, aux Philippe D. et M., à Claudie,

à Bernard, à Amélie P., à Véronique V., à Rozenn, à Sandrine, aux géologues et à tous ceux du

même couloir, aux matheux et aux statisticiens pour les déjeuners, pour les " vacances » et les

week-ends passés ensemble à la fac. Merci à la sympathique documentaliste et très efficace

Christine Mehring, à Erwan et à Nadine toujours le sourire aux lèvres, avec qui il est toujours

pleinement justifié. The time is now to switch in English. I spent a sixth of my thesis in Canada, in Truro where I met people to who I want to say thanks. First, my sincere thanks to Dr. Prithiviraj for giving me an opportunity to spend some times in his laboratory where I learnt a lot. Thanks to

international research experience and of course people around it. Many thanks to Lady Gaga, Annette au milieu des algues, en pleine

collecte, en août 2016. Les deux compères,

Ludovic à gauche et

Kévin à droite, lors de

la soutenance de Kévin en juin 2015 Romain travaillant sur sa présentation pour son comité de thèse lors du congrès à Copenhague en juin 2016.

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Remerciements

the peaceful man Sridar, Pramod, Pushp, Gayathri, Keval, Emily, Scott, to Dr. Borza, to my favorites Brazilians Diego, Vanessa, Filipe, Vinicius, Olivia, Pr. Leila Hayashi and to my dear friend Mahbobeh. Enfin, un énorme merci à Roly, Maloune, Emmie et à mes amies de licence Bio avec

Coco, Émilie, Estelle, Daphné et July. Merci aux handballeurs Sinagots et en particulier à mes

coachs Jonesta, le philosophe technicien bienheureux comme un guadeloupéen aux discours parfois (souvent) trop longs, et tonton Xavier. Bien évidemment merci à la future équipe de Justine, Juliette, Clarisse, Nath, Lucie, M-C, Tiffanie, les 3 Anaïs, Audrey, Aziliz, Solenn, Laura, Paule, Annabelle, Aurélie, Marion, Solenne, Hélène et aux futures mamans Marie et phycologiques. Mes derniers remerciements vont aux personnes qui me sont les plus chères pour leur amour, leur soutien et leur patience. Un immense merci, venant GX IRQG GX Ń°XU j PHV SMUHQPV

à mes deux grands frères Jean et Jacques, à ma belle-V°XU Xin, à Marcela, aux petites princesses

Yline et Youyou et à toute la famille Burlot-Lesné. Un grand merci également à la famille

sénégalaise pour les séjours ensoleillés et à Armel pour sa présence permanente dans mon Ń°XUB

Le meilleur reste à venir.

ASB. Lors de la 1ère mobilité en 2015, après une réunion avec Acadian Seaplant, de gauche

à droite : Diego, moi-même, Pramod,

Garima (Lady Gaga), Alan Critchley,

Mahbobeh, personnels

Seaplant, Sridar et Dr. Prithiviraj tout à

droite. Jeff Norrie prend la photo. Lors de la 2ème mobilité en

2016, de gauche à droite

Keval, Pushp, moi-même,

Mahbobeh, Olivia, Dr. Borza,

Pramod et devant Filipe. Lors de la 2ème mobilité en 2016, dans le froid canadien réchauffée par la présence chaleureuse de mes collègues et amis brésiliens avec en premier plan le Pr. Leila à gauche,

Vinicius à droite et Vanessa en 4ème

position derrière Vinicius.

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Table des matières

Table des matières

Résumé """"""""""""""""""""""""""""""""""i

Abstract """""""""""""""""""""""""""""""""Biii

Contribution scientifique """""""""""""""""""""""""""v Liste des Figures """"""""""""""""""""""""""""""ix Listes des Tableaux """"""""""""""""""""""""""""xvii Liste des abréviations """""""""""""""""""""""""""BBxxi

Introduction générale1

Avant-ude et les projets de 8

8

1.1. Les partenaires SULYpV """""""""""""""""""""""BBB10

1.2. Les partenaires pXNOLŃV """""""""""""""""""""""B11

14

3. Mobilités housie, Nouvelle-14

Chapitre I Les algues rouges, dont Solieria chordalis 20 1. 20

2. Histoire, distribution biogéographique et systématique 22

3. 30

3.1. 5{OH pŃRORJLTXH """""""""""""""""""""""""BB30

3.2. 0LOLHX GH YLH """"""""""""""""""""""""""BBB30

3.3. 3UROLIpUMPLRQV """"""""""""""""""""""""""BB33

4. Morphologie, composition biochimiq35

4.1. Morphologies macro- HP PLŃURVŃRSLTXHV"""B""""""""""""BBB36

4.2. Composition biochimique, physiRORJLH HP MŃPLYLPpV NLRORJLTXHV """""""40

4.2.1. IHV PpPMNROLPHV SULPMLUHV """"""""""""""""""""""B41

4.2.2. IHV PpPMNROLPHV VHŃRQGMLUHV """""""""""""""""""""B69

4.3. F\ŃOH GH YLH """""""""""""""""""""""""""73

4.3.1. 0XOPLSOLŃMPLRQ YpJpPMPLYH """"""""""""""""""""""B73

4.3.2. 5HSURGXŃPLRQ VH[XpH """"""""""""""""""""""""75

5. Enjeux et applications économiqu78

5.1. $OJXHV VXU OH PMUŃOp pŃRQRPLTXH """"""""""""""""""BB79

5.1.1. Les algues dans le monde """"""""""""""""""""""B79

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Table des matières

DB1B2B IHV MOJXHV HQ )UMQŃH """"""""""""""""""""""""81 DB1B3B IHV MOJXHV HQ %UHPMJQH """""""""""""""""""""""B82

5.2. $SSOLŃMPLRQV """"""""""""""""""""""""""BBB83

5.2.1. © IpJXPHV ª HP FROORwGHV """"""""""""""""""""""B83

5.2.2. $JURIRXUQLPXUHV HP MXPUHVB """"""""""""""""""""""B85

5.2.3. Les AlgoBox® avec S. chordalis. """""""""""""""""""86

6. 87 Chapitre II Effets de la saisonnalité sur les caractéristiques biochimiques et biologiques de Solieria chordalis 92 1. 92

1.1. Les algues affectées par leur HQYLURQQHPHQP """"""""""""""BB93

1.1.1. InIOXHQŃH GHV IMŃPHXUV MNLRPLTXHV """""""""""""""""""BB95

1.1.2. IQIOXHQŃH GHV IMŃPHXUV NLRPLTXHV """""""""""""""""""B108

1.1.3. Influence GHV IMŃPHXUV MQPOURSLTXHV """"""""""""""BBB............108

1.2. eŃRSO\VLRORJLH GX Ń\ŃOH GH YLH """""""""""""""""""109

1.3. HySRPOqVHV HP ŃLNOHV GH UHŃOHUŃOH """"""""""""""""""111

1.3.1. 3UHPLqUH SMUPLH """"""""""""""""""""""BBB............112

1.3.2. GHX[LqPH SMUPLH """""""""""""""""""""""""B112

1.3.3. Troisième partie """""""""""""""""""""""""B112

2. Matériels et méthodes : étude de la variabilité saisonnière de S. chordalis et de ses

113

2.1. Matériel biologique : S. chordalis """"""""""""""""""B113

2.1.1. Étude sur le terrain : prélèvement in situ. """"""""""""""""113

2.1.2. $QMO\VHV PLŃURVŃRSLTXHV """""""""""""""""""""BBB115

2.2. Observations et prévisions côtiqUHV 35(9H0(5 HP 0(7(2 )UMQŃH """"BB115

2.3. Préparation des échantillons en vue de leur ŃMUMŃPpULVMPLRQ NLRŃOLPLTXH """B117

2.3.2. ([PUMŃPLRQ GHV SRO\VMŃŃOMULGHV """""""""""""""""""BB117

2.4. Analyses mensuelles de la composition biochimique """"""""""BBB119

2.4.1. Détermination du taux de matièrH VqŃOH GH OM PMPLqUH SUHPLqUHB """""""119

2.4.3. Dosage coORULPpPULTXH GHV VXŃUHV PRPMX[B """""""""""""""BB120

2.4.4. Dosage coloriPpPULTXH GHV MŃLGHV XURQLTXHVB """"""""""""""B122

2.4.5. Dosage colorimétULTXH GHV JURXSHPHQPV VXOIMPHV """""""""BBB............124

2.4.6. Dosage colorimétrique du 3,6-MQO\GURJMOMŃPRVH """""""""BBB............126

2.4.7. Dosage colorimétrique des protéines. """""""""""""""""B128

2.4.8. Détermination du taux de matièrH PLQpUMOH GH OM PMPLqUH VqŃOHB """""""130

2.5. Analyses chromatographLTXHV HP VSHŃPURVŃRSLTXHV """""""""""BB130

2.5.1. Profil des monosaccharides par HPAEC-3$G """"""""""BBB............130

2.5.2. Profil des acides aminés par GC-)HGB """""""""""""""""135

2.5.3. Analyse des polysaccharides par spectroscopie infrarouge à transformée de

2.6. $QMO\VHV VPMPLVPLTXHV """""""""""""""""""""""137

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Table des matières

3. Résultats HP GLVŃXVVLRQ """""""""""""""""""""""""BB137

3.1. géomorphologie et variation saisonnière des facteurs

environnementaux..139

3.1.1139

3.1.2. Variation saisonnière des facteurs environneme

.......................144

3.2. Impa149

3.2.1. ...........149

3.2.2. Variations saisonnières des morphologies macro- ............151

3.2.3. Variation saison154

3.3. Impac157

3.3.1. Compos............157

3.3.2. Impact des saisons sur la composition b158

3.3.3. Réca165

3.4. Impact des saisons sur les 167

3.4.1. Rendement d167

3.4.2. Analyse en Composantes Principales des spectres obtenus par spectroscopie

infrarouge des polysaccharides isolés de S. chordalis collectée mensuellement...............169

3.5. Conclusion : aspects éco-physiologiques pour une gestion de la ressource naturelle

de S. chordalis 172

Chapitre III enzymes en

suivant une métho183

1. Introduction """"""""""""""""""""""""""""."B183

1.1. 184

1.1.1. Les méthode184

1.1.2. Les méth185

1.2. 187

............190

1.2.2. extract191

1.2.3. 192

1.3. 195

1.3.1. -196

1.3.2. Statistiques et mathématiques associées au plan Box-197

1.4. Hyp198

2. Matériels et 0pPORGHV """""""""""""""""""""""""BBB199

2.1. Matériel biologique : S. chordalis 199

2.2. Matérie200

200

2.2.2. Les glycosidases... 201

2.3. Extractions 204

2.4. Détermination du 206

2.5. Analyse206

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Table des matières

"""""""""""""""""""""""""""""""""B206

2.7. $QMO\VHV VPMPLVPLTXHV """""""""""""""""""""""207

3. 208

3.1. Composition biochimique de la MP de S. chordalis ŃROOHŃPpH HQ RŃPRNUH 2013"B209

3.2. Extraction assistée par HQ]\PHV ŃULNOMJH HQ]\PMPLTXH """""""""BB210

3.2.2. Compositions biochimiques dHV H[PUMLPV O\GURVROXNOHV (+V """"BBB............211

ŃRPSRVpVB """"""""""""""""""""""""""""""219

Chapitre IV 228

1. ...228

1.1.1. Virus de """""""""""""""""""""BB233

1.2. Focus sur les activités antibactérienne et immunostimulante des algues rouges chez

le nématode Caenorhabditis elegans infecté par la bactérie pathogène Pseudomonas aeruginosaB """"""""""""""""""""""""""""B241

1.2.1. Activités antibactérienne et immXQRVPLPXOMQPH GHV *LJMUPLQMOHV"""""""241

1.2.3. Pseudomonas aeruginosa HP VHV IMŃPHXUV GH YLUXOHQŃHB """"""""""BBB251

1.2.4. Modèle de pathogénicité P. aeruginosa - C. elegans """"""""BBB...........259

immunostimulants issus de *LJMUPLQMOHVB """""""""""""""""263

1.3.1. 3MU O\GURO\VH """"""""""""""""""""""""""B270

1.3.2. 3MU H[PUMŃPLRQ RUJMQLTXH """"""""""""""""""""""B273

1.3.3. 3MU ($( """"""""""""""""""""""""""""B273

1.4. HySRPOqVHV HP ŃLNOHV GH UHŃOHUŃOH """"""""""""""""""275

1.4.1. 3UHPLqUH SMUPLH """"""""""""""""""""""BBB............275

1.4.2. GHX[LqPH SMUPLH """""""""""""""""""""""""B276

2. domaines de la santé et de la nutrition. 277

2.1. CytoPR[LŃLPp HP MŃPLYLPp MQPLYLUMOH """"""""""""""""""BB277

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Table des matières

2.1.2. Cellules Vero (ATCC FFI 81 """""""""""""""""""279

2.1.3. Virus (VHS-1) """"""""""""""""""""""""""284

QHXPUH """"""""""""""""""""""""""""""BBBBBBB289

2.2. Activités antibactérienne et immunostimulante : modèle de pathogénicité C. elegans

- P. aeruginosa """""""""""""""""""""""""""294

2.2.2. Souche PA14 """"""""""""""""""""""""""BB295

2.2.3. Caenorhabditis elegans """"""""""""""""""""""B296

PA14""""""""""""""""""""""""""""""""B316

2.3. Analyses statistiTXHV """""""""""""""""""""""319

3. Résultats et Discussion 321

la matière première solubilisée et sur les polysaccharides de S. chordalis """BBB"323

3.1.1. Cytotoxicité de la matière première hydrosoluble et des polysaccharides au cours de

3.1.2. Activité antivirale évaluée sur la matière première solubilisée et sur les

3.1.3. HPSMŃP GHV VMLVRQV"BB"""""""""""""""""""""""B325

3.1.4. FRQŃOXVLRQ"""""""""""""""""""""""""""BB333

extraits hydrosolubles et sur leurs polysaccharides obtenus de S. chordalis""""338

3.2.1. FULNOMJH HQ]\PMPLTXH"""BBB"""""""""""""""""""BB340

3.2.3. Conclusion """""""""""""""""""""""""""B353

elegans et sur la virulence de P. aeruginosa """"""""""BBB.....................358

3.3.1. Impact sur la virulence de P. aeruginosa """"""""""""""""360

3.3.2. Un extrait hydrosoluble de S. chordalis, obtenu après EAE, protège et stimule le

3.3.3. Conclusion """"""""""""""""""""""""""BB386

Conclusion générale 389

Références bibliographiques

Article publié (Burlot et al. 2016)

Lettre ouverte à Caernohabditis elegans

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Valorisation des métabolites d'algues proliférantes par voie enzymatique Anne-Sophie Burlot 2016

Résumé & Abstract

i Étude de la macroalgue rouge Solieria chordalis : aspects écophysiologiques, production Thèse de doctorat, Biologie des sciences de la mer, Université de Bretagne Sud, 2016 Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales) de nombreuses années sur la . À hauteur de plus de 2 000 tonnes par an, ces arrivées

massives causent de réels problèmes écologiques et économiques pour les communes du littoral

breton. S. chordalis est employée essentiellement en tant que fertilisants dans les champs agricoles des communes touchées. des travaux de recherche tudier S. chordalis, dans proposer une gestion raisonnée voire durable de cette biomasse ainsi que des perspectives , notamment à base antiviraux, antibactériens et immunostimulants. biologiques de S. chordalis saisonnière de la biomasse la morphologie macro- et microscopique, du taux de matière sèche et de la composition biochimique en année, ce qui appuie l environneestimer la quantité et la composition biochimique de algue et de proposer des applications. Le procédé dnzymes pour ses avantages écologiques, sa spécificité et pour son efficacité catalytique a été choisi antiviraux, antibactériens et immunostimulants.

hydrosolubles actifs, deux étapes ont été suivies. Premièrement, la protéase commerciale Alcalase a été

sélectionnée parmi huit . En effet, Alcalase significativement

de 30 % la quantité de composés hydrosolubles disponibles, par rapport à une extraction sans enzyme.

Deuxièmement, une optimisation permis

éco-responsable. Près de 60 % de l été liquéfiés et solubilisés. enzymes ont montré des activités anti-

herpétiques (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 µg/mL).

Caenorhabditis

elegans Pseudomonas aeruginosa. s hydrosolubles de S. chordalis prolonge pathogène,

de certains gènes de son système immunitaire (zk6.7, spp-1, f28d1.3 et f38a1.5). En présence de ces

mêmes extraits, u

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

Mots clés : Solieria chordalis, extraction assistée par enzymes, polysaccharides, méthodologie des

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