Valorisation des coproduits de l'holothurie Cucumaria frondosa par l'étude d'extraits bioactifs et approche écotoxicologique des métabolites secondaires relargués en situation de stress

par Ludovic Tripoteau

Thèse de doctorat en Biologie santé

Sous la direction de Nathalie Bourgougnon et de Jacques Gagnon.

Soutenue le 12-05-2015

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère) , en partenariat avec Université européenne de Bretagne (PRES) et de Laboratoire de Biotechnologie et Chimie Marines / LBCM (laboratoire) .

Le jury était composé de Philippe Maes, Gilles Radenac.

Les rapporteurs étaient Stéphanie Bordenave-Juchereau, Patrick Flammang.


  • Résumé

    La transformation des produits marins génère d’importantes quantités de rejets. La majorité est transformée pour des applications de masse avec une faible valeur ajoutée. Au Nouveau Brunswick, 85 000 tonnes de produits marins sont transformés annuellement et la moitié est peu ou pas valorisée, c’est le cas de l’holothurie Cucumaria frondosa. Face aux différentes pressions de leur environnement, et notamment la prédation, ces invertébrés marins ont évolué en développant des métabolites d’une large chimiodiversité, ce qui en fait d’excellents candidats pour le développement de substances naturelles bioactives. L’objectif de cette étude a tout d’abord été de chercher à valoriser les coproduits majeurs de Cucumaria frondosa en constituant une large librairie d’extraits et en évaluant, par fractionnement bioguidé, les activités antiherpétiques in vitro des fractions obtenues par différents procédés d’extraction (extractions par solvants et hydrolyses enzymatiques). Nous avons pu mettre en évidence la présence de fractions anti-VHS-1 (Virus Herpes Simplex de type 1). L’hydrolyse enzymatique s’est avérée être une technique efficace pour la génération de substances actives. Le bulbe aquapharyngé peu considéré d’un point de vue industriel représente un réel potentiel pour l’extraction de composés anti-VHS-1, et notamment lorsque celui-ci est hydrolysé par la papaïne en conditions contrôlées. L’activité antiherpétique la plus efficace a été reliée à la présence de molécules à haut poids moléculaires. Dans un second temps, nous avons cherché à comprendre et à mettre en évidence les mécanismes de défense de l’holothurie par l’étude de ces métabolites secondaires relargués en situation de stress. Les métabolites ont été évalués sur différents modèles écotoxicologiques et les molécules actives ont été caractérisées par fractionnement bioguidé par l’utilisation de modèle d’évaluation de cytotoxicité, en parallèle à différents procédés analytiques. L’étude a confirmé l’existence et la production de composés toxiques relargués en situation de stress. Ces métabolites secondaires ont montré une forte toxicité sur différents modèles écotoxicologiques chronique et aiguë. Le fractionnement bioguidé par couplage analytique nous a conduit à l’identification de plusieurs composés du type glycoside triterpénique et notamment le Frondoside A retrouvé dans la fraction responsable de la cytotoxicité. L’étude a permis d’optimiser l’extraction de ce composé d’un intérêt biologique prometteur sans pour autant entraîner la mort de l’animal.

  • Titre traduit

    Upgrading of byproducts from the holothurian Cucumaria frondosa by the study of bioactive extracts and ecotoxicological approach of the secondary metabolites released under stress conditions


  • Résumé

    The transformation of marine products generates huge quantities of rejects. The majority of these rejects is used for an upgrading of products with low added value. In New Brunswick, 85 000 tons of marine products are transformed annually, the half is little or not upgraded, that is the case of the holothurian Cucumaria frondosa. Confronted with environmental pressures, and especially predation, the marine invertebrates have evolved and developed various metabolites of different chemical classes. Thus, these metabolites represent ideal candidates for the development of new natural bioactive substances. The objectives of this study was first based on the upgrading of the major byproducts from Cucumaria frondosa by creating a wide library of extracts obtained by different type of extractions (solvent extractions and enzymatic hydrolysis) and then, by bioguided fractionation, evaluating the in vitro anti-HSV-1 (Herpes Simplex Virus, type 1) activities of the fractions. We showed the presence of potent antiherpetic fractions without cytotoxicity on mammalian cells. The enzymatic hydrolysis has been demonstrated to be efficient for the generation of high molecular weight active substances regarding HSV-1. The aquapharyngeal bulb, considered to be less used industrially, represents a real potential for the extraction of anti-HSV-1 compounds, and especially when hydrolyzed by papain under controlled conditions. Secondly, we have searched to understand the mechanism of defense of the holothurian under stress conditions. The secondary metabolites involved were evaluated on different ecotoxicological models. This work has confirmed the existence and the production of toxic compounds released under stress conditions. These secondary metabolites have shown a strong toxicity on acute and chronic ecotoxicological models. The bioguided fractionation assisted by analytical evaluation led to the identification of several triterpene glycosides, and especially the Frondoside A into the cytotoxic fraction. This study has permitted the optimization of the upgrading of the byproducts from Cucumaria frondosa by the extraction of antiherpetic molecules without cytotoxicity and the identification and the characterization of the defense


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