Diversité et activités de métabolites de cyanobactéries des boues thermales de Balaruc-les-Bains

Diversity and activities of cyanobacteria metabolites from the thermal mud of Balaruc-les-Bains

• Auteur / Autrice : Justine Demay
• Direction : Cécile Bernard, Benjamin Marie, Anita Reinhardt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 08/12/2020
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle en cotutelle avec Thermes de Balaruc-les-Bains (Etablissement thermal)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Molécules de communication et adaptation des microorganismes (Paris ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Lise Bourguet-Kondracki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Bernard, Benjamin Marie, Anita Reinhardt, Marie-Lise Bourguet-Kondracki, Annick Wilmotte, Olivier Paul Thomas, Jean-Paul Cadoret, Vitor Vasconcelos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annick Wilmotte, Olivier Paul Thomas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Balaruc-les-Bains (Hérault)

Pélothérapie

Cures thermales

Microalgues

Microorganismes

Mots clés libres

Cyanobactéries

Métabolites

Molécules

Génomique

Métabolomique

Bioactivité

Anti-Inflammatoire

Antioxydant

Cicatrisant

Boues thermales

Cyanobacteria

Metabolites

Molecules

Genomic

Metabolomic

Bioactivity

Anti-Inflammatory

Antioxidant

Wound healing

Thermal mud

Résumé

Les cyanobactéries sont des microorganismes procaryotes capables de réaliser la photosynthèse oxygénique comme source d’énergie pour leur métabolisme et capable de coloniser divers écosystèmes (e.g. mers, rivières, lacs, sol, milieux extrêmes …). Elles sont également connues pour produire de nombreuses molécules bioactives (toxines, antimicrobiens, anti-inflammatoires, …) aux structures variées. Ainsi, ces dernières années, les cyanobactéries ont fait l’objet de nombreux projets de recherche visant à découvrir et caractériser de nouveaux produits naturels exploitables dans les domaines pharmaceutiques, cosmétiques, biotechnologiques et agroalimentaires. Dans ce contexte, les travaux menés au cours de cette thèse se sont intéressés à la diversité des molécules bioactives produites par les cyanobactéries isolées des boues thermales de Balaruc-les-Bains (France). En effet, ces travaux s’intègrent dans le cadre d’une Convention Industrielle de Formation par la Recherche (CIFRE) avec les Thermes de Balaruc-les-Bains, un établissement thermal historique spécialisé dans les soins de rhumatologie et de phlébologie. Les objectifs principaux de ces travaux ont donc été de caractériser la diversité de molécules produites par les neuf cyanobactéries isolées des boues thermales puis d’estimer les propriétés anti-inflammatoires, antioxydantes et cicatrisantes des extraits bruts de ces cyanobactéries. Afin de répondre à cette problématique, une revue bibliographique des connaissances sur les métabolites produits par les cyanobactéries et leurs activités référencées a été réalisée. Son analyse a permis de questionner l’origine taxonomique des cyanobactéries productrices de métabolites ainsi que la diversité chimique et de bioactivité démontrée. Dans un second temps, la caractérisation globale des neuf cyanobactéries issues des boues thermales a été réalisée à travers l’affiliation taxonomique des souches étudiées et l’analyse globale du génome et du métabolome de chacune à l’aide de plusieurs méthodes haut-débit de type « omique ». Ces travaux ont permis de se figurer la forte diversité de métabolites produits par les cyanobactéries avec plus de 1400 métabolites décrits à ce jour dans la littérature. Ils ont également permis de caractériser l’incroyable richesse de microorganismes capables de se développer au sein d’un environnement spécifique tel que les boues thermales. Enfin, un haut potentiel de production de molécules bioactives a pu être identifié pour les neuf cyanobactéries de Balaruc-les-Bains. Quatre souches ont d’ailleurs montré des résultats prometteurs au regard des activités détectées : Planktothricoides raciborskii PMC 877.14, Nostoc sp. PMC 881.14 et Pseudo-chroococcus couteii PMC 885.14 pour leur potentiel anti-inflammatoire et Aliinostoc sp. PMC 882.14 pour son potentiel cicatrisant. Par ces différentes approches, ces travaux de thèse ont permis de mettre en avant l’important potentiel thérapeutique des cyanobactéries dans le cadre du développement d’applications pour les cures thermales et ouvrent à de futurs projets d’optimisation de la production de ces molécules bioactives. Outre les perspectives de valorisation industrielle, ces travaux ouvrent également sur des questions autour des phénomènes de régulation de la synthèse de ces métabolites et sur le rôle des bactéries hétérotrophes associées en culture aux cyanobactéries.

Cyanobacteria are prokaryotic microorganisms capable of carrying out oxygen photosynthesis as a source of energy for their metabolism and capable of colonizing various ecosystems (e.g. seas, rivers, lakes, soil, extreme environments ...). They are also known to produce numerous bioactive molecules (toxins, antimicrobials, anti-inflammatory ...) with various structures. Thus, in recent years, cyanobacteria have been the subject of numerous research projects aimed at discovering and characterizing new natural products that can be used in the pharmaceutical, cosmetic, biotechnological and agri-food industries. In this context, the work carried out during this thesis focused on the diversity of bioactive molecules produced by cyanobacteria isolated from the thermal mud of Balaruc-les-Bains (France). Indeed, this work is part of an Industrial Convention for Training through Research (CIFRE) with the Balaruc-les-Bains Thermes, a historical thermal establishment specialized in rheumatology and phlebology. The main objectives of this work were to characterize the diversity of molecules produced by the nine cyanobacteria isolated from the thermal mud and to estimate the anti-inflammatory, antioxidant and healing properties of the raw extracts of these cyanobacteria. In order to answer this problem, a bibliographical review of the knowledge on the metabolites produced by the cyanobacteria and their referenced activities was carried out. Its analysis allowed to question the taxonomic origin of cyanobacteria producing metabolites as well as the chemical diversity and demonstrated bioactivity. In a second step, the global characterization of the nine cyanobacteria from thermal mud was carried out through the taxonomic affiliation of the strains studied and the global analysis of the genome and metabolome of each one using several high throughput methods of "omic" type. This work revealed the high diversity of metabolites produced by cyanobacteria, with more than 1400 metabolites described in the literature to date. They have also made it possible to characterize the incredible richness of microorganisms capable of developing within a specific environment such as thermal mud. Finally, a high potential for the production of bioactive molecules has been identified for the nine cyanobacteria of Balaruc-les-Bains. Four strains have shown promising results with regard to the activities detected: Planktothricoides raciborskii PMC 877.14, Nostoc sp. PMC 881.14 and Pseudo-chroococcus couteii PMC 885.14 for their anti-inflammatory potential and Aliinostoc sp. PMC 882.14 for its healing potential.Through these different approaches, this thesis work has highlighted the important therapeutic potential of cyanobacteria in the development of applications for thermal cures and opens the way to future projects to optimize the production of these bioactive molecules. In addition to the prospects for industrial applications, this work also opens up questions concerning the phenomena of regulation of the synthesis of these metabolites and the role of heterotrophic bacteria associated in culture with cyanobacteria.