Des cryptides issus de la fermentation du lactoserum par Lactobacillus rhamnosus et Kluyveromyces marxianus peuvent-ils contribuer à lutter contre le syndrome métabolique ?

par Vanessa Hamme

Thèse de doctorat en Biochimie

Sous la direction de Frédéric Sannier.

Soutenue en 2009

à La Rochelle .


  • Résumé

    Le lactosérum, coproduit de l’industrie laitière, fait l’objet d’innovations importantes dans le domaine de la santé et des aliments fonctionnels. Des études menées ces dernières années ont montré que le lactosérum était une matrice naturelle riche, renfermant des peptides bioactifs, les cryptides, ayant un potentiel en nutrition-santé. En particulier, le lactosérum est source de lactokinines, peptides inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine (ECA), enzyme clé de la régulation de l’hypertension artérielle. Les inhibiteurs de l’ECA sont largement utilisés dans le traitement de l’hypertension artérielle. Cette pathologie est souvent associée à une constellation d’anomalies des métabolismes glucidiques et lipidiques regroupées sous le terme de syndrome métabolique. L’objectif global de ce travail a consisté à produire des peptides inhibiteurs de l’ECA par fermentation aérobie du lactosérum caprin brut puis à évaluer leur potentiel dans la lutte contre le syndrome métabolique. Au cours de l’étude, le lactosérum caprin brut a été fermenté par 32 microflores de fromages et de produits laitiers. 5 hydrolysats capables d’inhiber l’ECA ont ainsi été obtenus. L’hydrolysat présentant l’activité d’inhibition de l’ECA la plus importante résultait de la fermentation du lactosérum par une co-culture de Lactobacillus rhamnosus et Kluyveromyces marxianus issue de la microflore d’un fromage de type Bamalou des Pyrénées. En monoculture, chacun de ces deux micro-organismes a été capable de contribuer à la protéolyse des protéines sériques du lactosérum et de produire un hydrolysat inhibiteur de l’ECA. En effet, Lactobacillus rhamnosus a hydrolysé 15 % de la bêta-lactoglobuline (β-lg) et totalement l’alpha-lactalbumine (α-la) alors que Kluyveromyces marxianus a dégradé un tiers des deux protéines. Les hydrolysats générés après fermentation par le lactobacille et la levure ont présenté des activités inhibitrices de l’ECA respectives de 52 % et 45 % pour 100 µg de protéines testées. En co-culture pour une même quantité de protéines testée, les deux microorganismes ont généré un hydrolysat ayant une activité inhibitrice de l’ECA de 61 %. La concentration nécessaire pour inhiber de 50 % l’activité de l’ECA (CI50) était alors de 72 µg/ml. Deux molécules potentiellement anti hypertensives ont été identifiées au sein de cet hydrolysat, le tryptophane libre (W), et le peptide Asparagine-Tyrosine-Tryptophane (NYW), de CI50 respectives de 0,86 µM et 20 µM. Le W représentait une espèce majoritaire de l’hydrolysat. L’impact de l’hydrolysat précédemment produit et du W a ensuite été évalué in vitro sur des adipocytes humains immortalisés. Une estimation par coloration à l’huile rouge des lipides totaux a montré une diminution du contenu lipidique total respectivement de 8 et 18 % après 22 h d’incubation avec 587 µg/ml d’hydrolysat et avec 25 ,71 µg/ml de W (concentration du W dans 587 µg/ml d’hydrolysat). L’incubation de pré-adipocytes avec l’hydrolysat a entrainé une inhibition de leur prolifération respectivement de 32 et 58 % pour 58,7 et 587 µg/ml d’hydrolysat testés. Cet hydrolysat ne serait pas cytotoxique. En revanche, une incubation des pré-adipocytes avec 25,71 µg/ml de W de l’hydrolysat a abouti à une mortalité de 60% des cellules. L’effet de l’hydrolysat et du W a également été évalué ex vivo sur des adipocytes humains issus de biopsies. Une incubation de 90 minutes avec 587 µg/ml d’hydrolysat et 25,71 µg/ml de tryptophane a provoqué une inhibition de la libération des acides gras non estérifiés respective de 88,31 et 87,45 %. La fermentation du lactosérum caprin par la co-culture Kluyveromyces marxianus et Lactobacillus rhamnosus a permis la production d’un hydrolysat inhibiteur de l’ECA dont l’activité biologique serait principalement dûe au tryptophane. La présence de cet acide aminé, précurseur de la sérotonine, permettrait à l’hydrolysat produit d’exercer, en plus de son rôle sur la régulation de la pression artérielle, un rôle sur la régulation de l’humeur, de l’anxiété, de l’appétit, du stress et du sommeil. D’un point du vue microbiologique, une caractérisation phylogénétique plus fine des souches isolées est envisagée afin de déterminer si Lactobacillus rhamnosus et Kluyveromyces marxianus font partie des microorganismes « GRAS » et probiotiques. Ces propriétés pourraient apporter une valeur ajoutée supplémentaire à l’hydrolysat produit au cours de ces travaux en tant qu’aliment-santé. D’un point de vue biologique, l’étude sur adipocytes humains immortalisés démontrant que des lactokinines pourraient intervenir dans la lutte contre le syndrome métabolique doit se poursuivre. Des expérimentations in vivo sur des modèles pathologiques animaux sont également envisagées.

  • Titre traduit

    Could cryptides from whey fermentation by Kluyveromyces marxianus and Lactobacillus rhamnosus have a physoilogical potential on metabolic syndrome ?


  • Résumé

    Whey, a byproduct of cheese and curd manufacturing, is the object of important health and functional foods innovations. Last years, several studies showed that whey was naturally rich in bioactive peptides encrypted in proteins sequence. They are called cryptides and can exhibit nutritional health benefit. Whey is a source of lactokinins, angiotensin-I-converting enzyme inhibitors (ECA) peptides. ACE plays an important physiological role in regulating blood pressure. For this reason, inhibitors of ACE are largely used in the treatment of arterial hypertension. Hypertension is often associated with the development of numerous matbolic complications including high level of cholesterol, obesity, insulin resistance and type 2 diabetes, summarised as the metabolic syndrome. The purpose of this study was to produce ACE inhibitors peptides by aerobic acid goat whey fermentation and to investigate their potential beneficial effects related to metabolic syndrome. Thirty two microlfora were extracted from selected ripened cheeses and dairy products and fermented by crude acid goat whey. Five ACE inhibitors hydrolysates were obtained. The highest ACE inhibitory activity was obtained after aerobic fermentation of whey with Lactobacillus rhamnsosus and Kluyveromyces marxianus, a co-culture extracted from Bamalou des Pyrénées cheese microflora. Alone, each micro-organism was able to degrade whey proteins and to produce ACE inhibitors. Complete α-lactalbulmin (α-la) degradation was observed and 15 % β-lactoglobulin (β-lg) was hydrolysed after whey fermentation with Lb. Rhamnsosus. Monoculture of K. Marxianus allowed similar α-la and β-lg hydrolysis reached 33 %. 100 µg proteins from whey fermented by monocultures of K. Marxianus and Lb. Rhamnsosus had an ACE inhibitory activity of 52 % and 45 % in the same conditions. The co-culture was able to produce an hydrolysate with an ACE inhibitory activity of 61 % for 100 µg of proteins tested and its IC50 (50 % inhibitory activity concentration) was 72 µg/ml. Two lactokinins were identified : NYW and W with IC50 of 20 and 0,86 µM respectively ; Free W was predominant in the hydrolysate. The effect of the hydrolysate and W on immortalized human adipocytes in vitro was investigated. Lipid droplets stained by Oil Red O were used as an indicator of human adipocyte lipolysis. 22 h of adipocytes incubation with 587 µg/ml of hydrolysate and 25,71 µg/ml of W (its concentration in 587 µg/ml of hydrolysate) allowed a decrease of 8 % and 22 % of lipid content. Assays on adipogenesis showed that hydrolysate was able to inhibit adipogenesis through suppression of pre-adipocytes proliferation of 32 % and 58 % for concentrations of respectively 58,7 µg/ml and 587 µg/ml. When pre-adipocytes were exposed to 25,71 µg/ml of W, cell viability decreased of 60 %. Based on this result, W seemed to be cytotoxic. The effect of some lactokinins on human adipocytes ex vivo was assessed. Incubation for 90 min with 587 µg/ml of hydrolysate or 25,71 µg/ml of W inhibited non esterified fatty acid release of 88 % approximatively. The acid goat whey fermentation by a co-culture of K. Marxianus and Lb. Rhamnsosus allowed teh generation of an hydrolysate with ACE inhibitory activity mainly due to W. This amino acid is the precursor of serotonin, a neurotransmitter which is associated with depression, anxiety and stress. The presence of free W in the hydrolysate could be of interest within affective disorders treatment. K. Marxianus and Lb. Rhamnsosus selected in this study are Generally Regarded As Safe (GRAS). In addition to biological potentialities, these properties could make the hydrolysate a good candidate for generation on functional health ingredients. The link between immortalized human adipocytes metabolism, adipogenesis and lactokinins should be carried on.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 156-174. Index

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