Amphiphiles azobenzéniques : potentiel et relations structure-activité pour la lyse cellulaire

Amphiphilic azobenzenes : potential and structure-activity relationship to cell lysis

• Auteur / Autrice : Antoine Franche
• Direction : Estelle Léonard-Banaszak, Magali Deleu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences chimiques : Transformations intégrées de la matière renouvelable (EA-4297)
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Compiègne en cotutelle avec Université de Liège
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Transformation Intégrée de la Matière Renouvelable / TIMR

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Molécules

Synthèse organique

Relations structure-activité

Lipides microbiens

Membrane cellulaire

Membranes (biologie)

Antifongiques

Antibactériens

Composés amphiphiles

Azobenzène

Mots clés libres

Amphiphile

Lipides bactériens

Membrane plasmique

Synthèse organique

Lyse cellulaire

Modélisation

Amphiphilic azobenzene

Antibacterial

Antifungal

Bacterial lipid

Plasmic membrane

Organic synthesis

Structure-activity relationship

Cell lysis

Cell membranes

Molecules

Modeling

Résumé

L’émergence de souches bactériennes et fongiques de plus en plus résistantes à la désinfection est un problème qui menace le développement et la santé humaine à travers le monde. Parmi les modes d’action possibles de ces traitements, notre intérêt va se porter sur les interactions avec la membrane plasmique dans le but de lyser le micro-organisme. Le premier objectif de cette thèse est donc de développer des molécules avec une structure amphiphile afin d’interagir avec ces membranes. Les azobenzènes sont intéressants à ce titre car leurs deux groupements phényles constituent déjà un squelette carboné apolaire. Le greffage d’une tête polaire sur ces molécules permettra donc de leur conférer des propriétés amphiphiles. Trois familles d’azobenzènes ont été synthétisées afin d’évaluer leurs propriétés antibactériennes et antifongiques. Un autre objectif de la thèse est de fournir les premières hypothèses sur le mode d’action des antibactériens synthétisés. Plus particulièrement, leur capacité à interagir avec des membranes plasmiques biomimétiques de bactéries a été évaluée. La première famille (AzoOH) comportant un groupement hydroxyle comme tête polaire a montré de bonnes propriétés biologiques mais une faible capacité à interagir avec les membranes plasmiques. La seconde famille (AzoPEG), avec une tête polaire de type triéthylène glycol a montré de médiocres activités biologiques, et une capacité à interagir avec les membranes plasmiques n’ont pas été améliorées. La troisième famille (AzoTAI) avec une tête polaire de type triméthylammonium a montré d’excellentes propriétés biologiques, une capacité à s’adsorber aux interfaces hydrophiles/hydrophobes et une interaction spécifique avec les lipides membranaires bactériens. L’interaction entre les AzoTAI à plus longue chaîne (6 carbones) et la phosphatidylethanolamine est particulièrement favorable. De manière globale, parmi les composés synthétisés, seule la famille des AzoTAI est capable d’interagir avec la membrane plasmique des bactéries et cette interaction est corrélée à l’activité antibactérienne. Néanmoins, même si ces composés constituent de bons candidats pour la lyse des microorganismes, leur activité cytotoxique vis-à-vis des cellules humaines pourrait limiter leurs applications dans le domaine médical.

The emergence of bacterial and fungal strains more and more resistant to disinfection is a threat to the development of nations and human health around the world. Amongst the mechanism of action, we will focus on the interaction between the molecule and the plasmic membrane for the lysis of the microorganism. The first goal of this work is to synthetize amphiphilic molecules to interact with bacterial membrane Azobenzene are interesting because their two phenyl group give them an apolar moiety, the next step is a grafting of a polar head to make them become an amphiphile molecule. Three types of azobenzene were synthetized to evaluate their antibacterial properties and their antifungal properties. The second goal of this work is tounderstand how they interact with the plasmic membranes. To perform this, we tested the azobenzenes on biomimetic models of plasmic membranes. The first group of compounds (AzoOH) with an alcohol group as polar head showed good biological properties but have a poor potential to interact with plasmic membrane. The second group of compounds (AzoPEG) with a triethylene-glycol type polar head have mediocre biological activities, and their ability to interact with the membrane were not enhanced. The third group of compounds (AzoTAI) with a trimethylammonium type polar head showed very good biological activities, and strong interaction with bacterial membrane lipid. These antibacterial activities are correlated to their interaction with bacterial lipids. It also has good abilities to adsorb themselves to hydrophilic/hydrophobic interfaces. However, their cytotoxic activity on human cells can be a severe drawback with their use.