Evaluation de la production de cyanotoxines dans les cultures de spiruline (Limnospira spp.)

Evaluation of cyanotoxin production in spirulina cultures (Limnospira spp.)

• Auteur / Autrice : Pierre-Etienne Pinchart
• Direction : Vanina Pasqualini, Felice Mastroleo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et Biologie des Organismes - Populations - Interactions
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 ''Sciences pour l'Environnement'' (SPE)
• Jury : Président / Présidente : Jérémie Santini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérémie Santini, Stéphan Jacquet, Annick Wilmotte, Muriel Gugger, Yann Quilichini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphan Jacquet, Annick Wilmotte
• DOI : 10.70675/c737fb5az975cz4f9czba31z2d23dc0798eb

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie des populations

Écologie

Mots clés libres

Limnospira

Cyanotoxines

Microcystines

Cyanobactéries

Sodalinema

Limnospira

Cyanotoxins

Microcystins

Cyanobacteria

Sodalinema

Résumé

La spiruline est le nom commun de cyanobactéries comestibles cultivées dans des exploitations aquacoles généralement industrielles. Toutefois, en France, cette production est assurée par 180 fermes paysannes. La spiruline est consommée sous forme d’aliments ou de compléments alimentaires, pour sa valeur nutritionnelle et ses effets positifs sur la santé. Cependant, certaines cyanobactéries produisent des cyanotoxines et sont susceptibles de contaminer les cultures de spiruline. Ces toxines, notamment des microcystines (MCs), avaient été détectées dans des spirulines provenant de différents marchés étrangers. De plus, une espèce de spiruline, Limnospira fusiformis, était soupçonnée de toxicité suite à deux publications portant sur des souches kényanes. Enfin, une confusion taxonomique concernait les spirulines désignées par quatre noms d’espèces réparties sur deux genres. Au regard de ces éléments, il apparait nécessaire d’apporter des connaissances sur les contaminations, par des cyanotoxines et par des cyanobactéries, des cultures françaises de spiruline. En outre, il était indispensable de caractériser les différentes souches de spiruline cultivées afin d’identifier leur espèce et de vérifier si elles peuvent produire des cyanotoxines.Les résultats de 623 analyses de MCs sur des spirulines par la méthode enzymatique Adda-ELISA et de cinq résultats de contre-analyses par la méthode LC-MS/MS ont permis de conclure que les productions de spiruline de la filière paysanne française ne présentent pas de risque sanitaire lié aux MCs. Par ailleurs, des analyses métagénétique et métagénomique réalisées sur six échantillons de culture de spiruline ont montré que ces derniers ne contiennent que des cyanobactéries halo-alcalophiles non toxiques dont le genre Sodalinema qui est un contaminant dominant. A contrario, l’échantillon environnemental de la souche de spiruline camarguaise contenait des cyanobactéries potentiellement toxiques. Ces résultats, étayés par les dénombrements de cyanobactéries réalisés sur des échantillons issus de 95 fermes, ont révélé que la salinité et l’alcalinité des milieux de cultures utilisés en France ne sont pas propices au développement des cyanobactéries connues pour produire des MCs.La comparaison des génomes de 22 souches de spiruline, dont deux cultivars utilisés en France, ainsi que la souche camarguaise, a établi qu’il n’existe que deux espèces de spiruline, Limnospira maxima et L. platensis, et que les appellations L. fusiformis et L. indica sont des synonymes hétérotypes de L. maxima. La caractéristique morphologique permettant de distinguer ces deux espèces a également été trouvée. Enfin, l’analyse de 11 génomes de chaque espèce a démontré l’absence de séquences génétiques pouvant être associée aux cyanotoxines, prouvant par là leur innocuité.

Spirulina is the common name for edible cyanobacteria cultivated in aquaculture facilities, which are generally industrial. In France, however, production is carried out by 180 small-scale farms. Spirulina is consumed as a food or dietary supplement for its nutritional value and health benefits. However, certain cyanobacteria produce cyanotoxins and can contaminate spirulina culture. These toxins, notably microcystins (MCs), have been found in spirulina samples from various foreign markets. In addition, one spirulina species, Limnospira fusiformis, was suspected of toxicity following two publications on Kenyan strains. Finally, a taxonomic confusion does exist for spirulina designated by four species names, spread among two genera. It therefore appears of interest to provide information on the cyanotoxin and cyanobacteria contamination of French spirulina cultures. Moreover, it was essential to characterize the different strains cultivated by the French spirulina farmers to assess the potential risk of cyanotoxins production.In that sense, the results of 623 analyses of spirulina for MCs using the enzymatic Adda-ELISA method complemented by five duplicate analyses using the LC-MS/MS method led to the conclusion that spirulina produced by French farmers does not present a health risk related to MCs. In addition, metagenomic and metagenetic analyses of six spirulina culture samples showed that they contained only non-toxic halo-alkalophilic cyanobacteria, including the genus Sodalinema, which is the most dominant and recurring contaminant. In contrast, the environmental sample of the Camargue spirulina strain contained potentially toxic cyanobacteria. These results, supported by cyanobacterial counts carried out on samples from 95 farms, revealed that the salinity and alkalinity of the growing media used in France are not promoting the development of cyanobacteria known to produce MCs.Finally, comparing the genomes of 22 spirulina strains, including two cultivars used in France as well as the Camargue strain, showed that there are only two species of spirulina, Limnospira maxima and L. platensis, and that the names L. fusiformis and L. indica are heterotypic synonyms for L. maxima. A morphological character was also found to distinguish the two species. Finally, the analysis of 11 genomes of each species demonstrated the absence of genetic sequences that could be associated with cyanotoxins, thus proving their safety.