Plantes invasives de France et d'Indonésie : une solution contre les biofilms de C. albicans ?

Invasive plants of France and Indonesia : a solution against C. albicans biofilms?

• Auteur / Autrice : Sufi Desrini
• Direction : Christine Imbert, Marion Girardot, Titik Nuryastuti, Mustofa Mustofa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, Biologie Moléculaire
• Date : Soutenance le 03/07/2023
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Universitas Gadjah Mada‎, Yogyakarta, Indonésie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Rosalind Franklin (Poitiers ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecologie et biologie des interactions - EBI (Poitiers ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Patrice Le Pape
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adi Utarini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bastiaan Krom, Leslie Boudesocque-Delaye

Mots clés

Mots clés contrôlés

Activités antibiofilms

Huiles essentielles

Antifongiques

Baccharis

Mimosa pudica

Candida albicans

Mots clés libres

Activité antibiofilm

Activité antifongique

Oxyde d'aromadendrène-(2)

Baccharis halimifolia

Candida albicans

Huile essentielle

Oxyde de β-Caryophyllène

Mimosa pudica

Antibiofilm activity

Antifungal activity

Aromadendrene oxide-(2)

Baccharis halimifolia

Candida albicans

Essential oil

Β-Caryophyllene oxide

Mimosa pudica

Résumé

La levure Candida albicans est responsable de nombreuses candidémies à travers le monde, avec une mortalité associée importante. Sa pathogénicité est en partie liée à sa capacité à former des biofilms, qui sont des communautés complexes et structurées de cellules sessiles enchassées au sein d'une matrice polymérique. Ce mode de vie complexifie l’approche thérapeutique, rendant les traitements inefficaces par défaut de pénétration dans le biofilm. Par conséquent, il est urgent de trouver de nouvelles molécules capables de traiter les candidoses liées aux biofilms. La capacité des plantes envahissantes à s'adapter à un nouvel environnement, à entrer en compétition avec la flore locale et à résister à de nouveaux prédateurs suggère la production de métabolites actifs, différents de ceux produits par les plantes natives. Par conséquent, les plantes invasives constituent une source à fort potentiel de composés actifs contre les biofilms. Pour cette étude, dix plantes invasives récoltées en France et en Indonésie ont été extraites à l'aide de solvants. Chaque extrait a été évalué pour ses activités antifongique et antibiofilm par la méthode en microdilutions et par mesure de l'activité métabolique. Les extraits EtOH et EtOH-H₂O des feuilles de Baccharis halimifolia et l'extrait EtOH des parties aériennes de Mimosa pudica ont inhibé à plus de 50% à 125 μg mL⁻¹ (p<0,05) le biofilm mature de C. albicans. Ces résultats ont conduit à approfondir les investigations par l'extraction de l'huile essentielle (HE) de B. halimifolia et le fractionnement de l'extrait EtOH des parties aériennes de M. pudica. L’HE obtenue a montré des CI50 de 4 et 74 µg mL⁻¹ contre la phase de maturation et les biofilms âgés de 24 h de C. albicans respectivement. D'autre part, la fraction acétate d'éthyle de l'extrait de M. pudica a également inhibé les biofilms âgés de 24 h de C. albicans de 53 % à 62,5 μg mL⁻¹. L'analyse par GC-MS de la composition chimique de l'HE a révélé que les sesquiterpènes oxygénés étaient majoritairement présents (62,02 %) avec comme principale molécule l'oxyde de β-caryophyllène (37 %). Cette molécule ainsi que trois autres composés commerciaux présents dans cette HE ont été évalués pour leur implication dans l'activité antibiofilm. L'oxyde d'aromadendrène-(2), l'oxyde de β-caryophyllène et le (±)-β-pinène ont montré des activités significatives contre la phase de maturation (IC₅₀=9 - 310 µmol L⁻¹) et les biofilms préformés de 24h (IC₅₀=38 - 630 µmol L⁻¹) de C. albicans. Des études ont également été menées contre C. glabrata, C. krusei et C. parapsilosis, mais C. albicans reste l'espèce la plus sensible à cette HE et à ses composés. L'oxyde de β-caryophyllène et l'oxyde d'aromadendrène-(2) ont montré une très faible cytotoxicité contre les cellules HeLa à la CIbiofilm50. La fraction active acétate d'éthyle de M. pudica n'a montré aucune cytotoxicité sur les cellules Vero et HeLa. Cette fraction agit sur la morphologie de C. albicans, comme révélé par microscopie électronique à balayage. Cette étude a mis en évidence pour la première fois le potentiel antibiofilm de B. halimifolia, de son HE et de certains de ses composés, ainsi que celui de la fraction acétate d'éthyle des parties aériennes de M. pudica, ouvrant ainsi des perspectives pour de nouvelles applications antimicrobiennes.

The yeast Candida albicans is an important agent of candidemia worldwide, causing substantial mortality. Its pathogenicity is partly linked to its capacity to form biofilms, which are complex and structured communities of sessile cells embedded in an extrapolymeric matrix. This lifestyle complicates treatment especially due to ineffective therapeutic penetration. Therefore, finding new drug candidates capable to treat biofilm-related candidiasis are urgently required. The ability of invasive plants to adapt in a new environment, have competitive advantages and to resist to new predators indicates the power of their secondary metabolite compounds which are different from those growing in the native area. Therefore, invasive plants are a choice with great potential to be screened for antibiofilm candidates. For this study, ten invasive plants harvested in France and Indonesia were extracted using chemical solvents. Each extract was screened for antibiofilm activities using a broth microdilution method along with some assays based on metabolic activity. The EtOH and EtOH-H₂O extracts of Baccharis halimifolia leaves and EtOH extract of Mimosa pudica aerial parts inhibited >50% at 125 μg mL⁻¹ (p<0.05) the mature biofilm of C. albicans. These results led to further investigations: extraction of essential oil (EO) of B. halimifolia and fractionation of M. pudica EtOH extract. The obtained EO demonstrated IC50 of 4 and 74 µg mL-1 against the maturation phase and 24h old biofilms of C. albicans, respectively. At the same time, the ethyl acetate fraction of the selected M. pudica extract also inhibited 24 h old biofilms of C. albicans by 53% at 62.5 μg mL⁻¹. The GC-MS analyze of the chemical composition of EO revealed that oxygenated sesquiterpenes were its primary contents (62.02%), with β-caryophyllene oxide as the major component (37%). This major component and three other commercial compounds present in this EO were evaluated for their implication in the antibiofilm activity. Aromadendrene oxide-(2), β-caryophyllene oxide, and (±)-β-pinene displayed significant activities against the maturation phase (IC₅₀=9 - 310 µmol L⁻¹) and preformed 24h-biofilms (IC₅₀=38 - 630 µmol L⁻¹) of C. albicans. Investigations were also conducted against C. glabrata, C. krusei, and C. parapsilosis, but C. albicans remained the most susceptible species to this EO and its components. β-Caryophyllene oxide and aromadendrene oxide-(2) showed very low cytotoxicity against HeLa cells at ICbiofilm50. The active ethyl-acetate fraction of M. pudica demonstrated no cytotoxicity in the Vero and HeLa cells. Also, this fraction affected the morphology of C. albicans as revealed by scanning electron microscopy. This study highlighted for the first time the antibiofilm potential of B. halimifolia, its EO and some of its components as well as that of ethyl acetate fraction of M. pudica aerial parts, opening perspectives for new antimicrobial applications.