La lutte biologique contre l'ochratoxine A : utilisation des extraits de plantes médicinales ainsi que des souches d'actinobactéries et mise en évidence de leur mode d'action

par Rachelle El khoury

Thèse de doctorat en Génie des Procédés et de l'Environnement

Sous la direction de Florence Mathieu et de André El Khoury.

Le président du jury était Roger Lteif.

Le jury était composé de Florence Mathieu, André El Khoury, Sabine Galindo, Hassan Rammal, Emmanuel Coton, ʿAlī Naǧīb Aṭawī, Richard Maroun.

Les rapporteurs étaient Sabine Galindo, Hassan Rammal.


  • Résumé

    L’ochratoxine A (OTA) est une mycotoxine issue du métabolisme secondaire des champignons filamenteux appartenant aux genres Penicillium et Aspergillus. Cependant, Aspergillus carbonarius est le majeur producteur de l’OTA sur les raisins. L’OTA a été retrouvée dans différents types de denrées alimentaires ainsi que lesurs produits dérivés. Le profil toxicologique de l’OTA due aux effets néfastes qu’elle présente sur la santé humaine et animale (effets hépatotoxiques, immunotoxiques, génotoxiques, tératogènes et cancérogènes) a conféré à cette mycotoxine une attention majeure auprès des instances internationales afin de limiter son occurrence. Ce projet est dédié pour trouver un moyen de lutte biologique, pouvant réduire l’OTA produite par A. carbonarius d’une part, et détoxifier les matrices alimentaires non conformes aux normes d’une autre part. La première stratégie était d’employer des huiles essentielles (cardamome, céleri, cannelle, taramira, origan, feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin, romarin et thym) ainsi que des composés phénoliques extraits de plantes médicinales (feuille de laurier, cumin, fenugrec, mélisse, menthe, sauge, anis, camomille, fenouil, romarin et thym) afin d’évaluer leur effet sur la production de l’OTA dans le milieu SGM. Cette approche a été complétée par une étude moléculaire dans le but d’évaluer l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA (acpks, acOTApks et acOTAnrps) ainsi que les gènes de régulation (veA et laeA) chez A. carbonarius. Les résultats ont décelé que les huiles essentielles ont une activité fongicide plus élevée que celle des extraits phénoliques. Effectivement, les huiles essentielles du thym, de l’origan, du taramira, et de la cannelle ont bloqué complètement la croissance d’A. carbonarius. Cependant, les huiles essentielles du fenouil, de la cardamome, de l’anise, de la camomille, du céleri et du romarin ont réduit l’OTA sans autant affecter la croissance fongique. Le mode d’action de ces dernières a été mis en évidence en suivant l’expression des gènes acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA, impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Le gène acpks a été réprimée le plus (99.2%) quand A. carbonarius a été mis en culture avec 5 µL/mL du fenouil, entrainant ainsi une réduction de 88.9% de l’OTA. La deuxième stratégie était de développer un moyen de lutte biologique pouvant détoxifier les matrices alimentaires contaminées. Cette méthodologie a été développée suite à l’utilisation de sept souches d’actinobactéries (AT10, AT8, SN7, MS1, ML5, G10 et PT1), en évaluant leur capacité à métaboliser l’OTA, adhérer cette toxine à leur paroi membranaire ainsi que leur effet sur l’expression des gènes impliqués dans la biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius (acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA et laeA). Les résultats ont montré que toutes les souches possèdent la capacité d’adhérer l’OTA à leur surface, notamment la souche SN7 qui a réduit 33% de l’OTA après 60 minutes d’incubation dans une solution PBS (Phosphate Buffer Solution) non nutritive. Les souches AT10 et SN7 ont métabolisé 51.94 et 52.68% de l’OTA ajoutée au milieu ISP2 (International Streptomyces Project-2) après 5 jours de culture à 28 °C. Cependant, les souches MS1, ML5 et G10 étaient les seules à avoir un effet sur l’expression des gènes de biosynthèse de l’OTA chez A. carbonarius. Effectivement les gènes acpks, acOTApks et acOTAnrps ont été réprimé respectivement de 37.1, 23.9 et 21% par MS1, de 39, 23 et 11.1% par ML5 et de 39, 18.3 et 11.1% par la souche G10. Ce projet a mis en valeur la capacité des extraits naturels (composés phénoliques et huiles essentielles) et des actinobactéries à prévenir d’une part la production de l’OTA et d’autre part réduire ses taux, sans pourtant affecter l’équilibre naturel ni engendrer l’apparition des débris toxiques dans les aliments traités.

  • Titre traduit

    Biological control of ochratoxin A : use of medicinal plant extracts as well as actinobacteria strains and evaluation of their mode of action


  • Résumé

    Ochratoxin A (OTA) is a mycotoxin derived from the secondary metabolism of filamentous fungi belonging to the Penicillium and Aspergillus genera. However, Aspergillus carbonarius is the major producer of OTA on grapes. OTA has been detected in different types of foodstuffs as well as several products derived from these commodities. The toxicological profile of OTA and its adverse effects on human and animal health (hepatotoxic, immunotoxic, genotoxic, teratogenic and carcinogenic effects) has given this mycotoxin a major attention of international committees in order to limit its occurrence. The aim of this project was to develop biological techniques that can reduce OTA produced by A. carbonarius and detoxify non-compliant food matrices. The first strategy was achieved by using essential oils (cardamom, celery, cinnamon, taramira, oregano, bay leaf, cumin, fenugreek, melissa, mint, sage, anise, chamomile, fennel, rosemary and thyme) and phenolic compounds extracted from medicinal plants (bay leaf, cumin, fenugreek, melissa, mint, sage, anise, chamomile, fennel, rosemary, and thyme) to evaluate their effect on OTA production in SGM medium. This approach was complemented by a molecular study to evaluate the expression of the OTA biosynthesis genes (acpks, acOTApks and acOTAnrps) as well as the regulatory genes (veA and laeA) in A. carbonarius. The results revealed that essential oils had more significant fungicidal activity than phenolic extracts. Indeed, the essential oils of thyme, oregano, taramira, and cinnamon completely blocked the growth of A. carbonarius. However, essential oils of fennel, cardamom, anise, chamomile, celery and rosemary reduced OTA without affecting fungal growth. The mode of action of these essential oils has been demonstrated by evaluating the expression of acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA and laeA genes in A. carbonarius. The expression of acpks was repressed the most (up to 99.2%) when A. carbonarius was cultured with 5 L / mL of fennel essential oil, resulting in a 88.9% of reduction in the OTA produced by this fungus. The second strategy was developed in order to detoxify contaminated food matrices. This methodology was achieved by using seven strains of actinobacteria (AT10, AT8, SN7, MS1, ML5, G10 and PT1), and evaluating their ability to metabolize OTA, adhere this toxin to their membrane walls and their effect on the expression of the genes involved in the biosynthesis of OTA in A. carbonarius (acpks, acOTApks, acOTAnrps, veA and laeA). The results showed that all strains were able to bind OTA to their surfaces, specially the SN7 strain which reduced 33% of OTA after incubation for 60 minutes in PBS (Phosphate Buffer Solution). The strains AT10 and SN7 metabolized 51.94 and 52.68% of the OTA added to the ISP2 medium (International Streptomyces Project-2) after 5 days of culture at 28° C. However, MS1, ML5 and G10 were the only strains to have an effect on the expression of the OTA biosynthesis genes in A. carbonarius. Indeed, acpks, acOTApks and acOTAnrps genes were repressed respectively by 37.1, 23.9 and 21% by MS1, 39, 23 and 11.1% by ML5 and 39, 18.3 and 11.1% by the strain G10. This project highlighted the power of natural extracts (phenolic compounds and essential oils) as well as strains of actinobacteria to prevent OTA production on one hand and to detoxify contaminated commodities on the other hand without altering the natural microbial balance.


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