Biotechnologies Bleues

Biotechnologies BleuesL’axe II concerne une démarche appliquée qui utilise en partie les connaissances précédentes et développe les écotechnologies nécessaires à la résolution de problèmes environnementaux répondant à une demande sociétale et aux enjeux du développement dural. Nous avons choisi de nous concentrer sur quatre problématiques biotechnologiques.

Sélection et développement de probiotiques destinés à l’aquaculture

Nous avons montré que Pseudoalteromonas 3J6 prévient in vitro la formation de biofilms par Vibrio tapetis l’agent responsable de la maladie de l’anneau brun chez la palourde. L’adhésion de V. tapetis sur du verre et la formation de biofilm est, en effet, inhibée par les exoproduits de la bactérie marine Pseudoalteromonas 3J6, ce qui ouvre une possibilité de stratégie anti-biofilm. Ces travaux ont été complétés par une étude transcriptomique (RNA seq) des biofilms de V. tapetis (projet blanc IUEM 2016). Les résultats en cours d’analyse permettront d’identifier des gènes d’intérêt pour la recherche des liens entre biofilm et virulence et dégageront de nouvelles perspectives pour la poursuite de cette collaboration.
Les effets de la souche Pseudoalteromonas hCg-6 ont été évalués chez la crevette tropicale, Litopeanus vannamei (programme de maturation de la SATT Ouest valorisation (DV 2029), 235 k€) et chez l’ormeau européen, Haliotis tuberculata (Programme CBB Capbiotek (Haliobiote II) 25k€). Les travaux ont montré l’innocuité de la souche hCg-6 vis-à-vis des animaux a été contrôlé. Un effet protection significatif des animaux soumis à une infection par Vibrio sp. a été montré permettant de qualifier la souche Pseudoalteromonas hCg-6 de probiotique en aquaculture. Le transfert de cette technologie est engagé par la SATT Ouest Valorisation auprès de différentes sociétés du secteur des probiotique en nutrition animale.


Quelques publications de référence

  • (ACL) S. Rodrigues, C. Paillard, A. Dufour, A. Bazire. 2015. Antibiofilm activity of the marine bacterium  Pseudoalteromonas sp. 3J6 against Vibrio tapetis, the causative agent of Brown Ring Disease.  Probiotics and Antimicrobial Proteins 7, 45-51.
  • (ACL) S. Rodrigues, C. Paillard, G. Le Pennec, A. Dufour, A. Bazire. 2015. Vibrio tapetis, the causative agent of Brown Ring Disease, forms biofilms with spherical components. Frontiers in Microbiology 6, 1384.

 

Biorémédiation

La préservation de la qualité des eaux marines et la lutte contre les pollutions liées à l'activité humaine sont devenues des enjeux mondiaux. De nombreux contaminants biologiques et polluants chimiques se retrouvent dans l’eau de mer, par conséquent dans les produits aquacoles. Ce contexte fait qu’aujourd’hui, les professionnels de la mer sont à la recherche de solutions pour préserver voire améliorer la qualité de leurs eaux. Au sein de notre biodiversité, les éponges et les Holothuries marines sont des animaux capables de filtrer 10 000 fois leur volume en eau par jour et de retenir 80% des particules en suspension comme la matière organique, les minéraux, les bactéries et les virus. Par la même occasion, elles accumulent certains éléments traces métalliques comme le plomb, le cadmium ou le cuivre.
Nous avons choisi de privilégier plusieurs modèles d’invertébrés : deux éponges marines Hymeniacidon perlevis (Demospongiae) et Celtodoryx ciocalyptoides et une Holothurie Holothuria forskali (Holothuriodea)
En collaboration avec le Comité Régional de Conchyliculture de Bretagne Sud, le projet REMEDBIO vise à exploiter le potentiel de filtration des éponges marines du littoral breton. Les objectifs sont de contrôler le développement de bactéries pathogènes et de réduire la présence de polluants chimiques. L’éponge marine Hymeniacidon perlevis (Demospongiae) a été choisie comme modèle pour cette étude. Après avoir mis en évidence la faisabilité de la culture d’éponges marines sur l’estran, notre travail a montré, lors d’essais in vitro, une diminution de la contamination des huîtres par deux bactéries, Escherichia coli et Vibrio aestuarianus, et par le plomb, un élément trace métallique, en présence d’éponges.
Le projet Anticelto (2018-2020) poursuivra les travaux préliminaires de lutte biologique à travers l’espèce invasive Celtodoryx ciocalyptoides en rivière d’Etel. Après l’évaluation de l’état biologique des lieux, une recherche de contaminants notamment des éléments traces métalliques (ETMs), Hydrocarbures Aromatiques Polycylciques (HAPs), PolyChloroBiphenyles (PCBs) et dérivés du tributyl-étain (TBTs) sera effectuée dans les sédiments et dans des spécimens d’éponge invasive afin de déterminer un « gradient de contamination » le long de la Ria. Ce gradient permettra éventuellement d’établir une corrélation entre la capacité de l’éponge à proliférer et la contamination du milieu.
Le projet BioHolEau vise à évaluer la capacité biorémédiatrice du concombre de mer Holothuria forskali face aux contaminations microbiologiques. Ce projet a débuté en 2018.

 

Quelques publications de référence

  • C. Gentric, K. Réhel, A. Dufour, P. Sauleau. 2016. Bioaccumulation of metallic trace elements and organic pollutants in marine sponges from the South Brittany coast, France. Journal of Environmental Science and Health, Part A 51, 213-219.
  • Gentric C & Sauleau P (2016). Distribution, abundance and pollution tolerance of the marine invasive sponge Celtodoryx ciocalyptoides (Burton, 1935) in the Etel River. Cah Biol Mar.; 57:57-64
  • Brevet : Gentric C., Sauleau P. Bruzaud S. Dispositif support pour la culture d'éponges marines. Oct. 2016.

 

Procédés éco-responsables d’extraction et de purification pour la recherche de nouvelles molécules de défense isolées d’organismes marins

Certaines espèces marines fixées (macroalgues, bryozoaires, nudibranches…) dépourvues de moyens physiques de défense efficaces sont exposées aux stress biotiques et abiotiques. Pour s’adapter à cet environnement, ces espèces sont pourvues d’un système de production de molécules de défense pour lutter efficacement contre des prédateurs et contrôler la colonisation par des microorganismes.

La faible teneur des molécules et la complexité des mélanges en métabolites produits par ces organismes nécessitent d’utiliser des méthodes et techniques performantes dans le domaine de la chimie extractive et analytique. Nous avons développé de nouveaux procédés éco-responsables respectueux de l’environnement et des exigences sociétales afin d’isoler ces métabolites acteurs et de les caractériser.

  • Extraction Assistée par Enzymes (EAE): oligo- et polysaccharides antiviraux, glycoprotéines et molécules immunostimulantes, antiinflammatoires, antioxydantes et antibactériennes chez Solieria chordalis (Rhodophyta) et Ulva sp. (Chlorophyta), des composés phénoliques chez Sargassum muticum (Ochrophyta).
  • Extraction Assistée par Microondes (MAE) : oligo- et polysaccharides antiviraux chez Solieria chordalis (Rhodophyta)
  • Extraction au CO2 supercritique de composés lipidiques chez Solieria chordalis & Sargassum muticum
  • Fractionnement par Chromatographie de Partage Centrifuge (CPC) de composés photoprotecteurs (anti-oxydant, anti-UV) appartenant à différentes familles dont celle des Mycosporines -like amino acid chez S. chordalis.

 

Quelques publications de référence

  • Bedoux G., Hardouin K., Marty C., Taupin L., Vandanjon L., Bourgougnon N. 2014. Chemical characterization and photoprotective activity measurement of extracts from the red macroalgae Solieria chordalis. Botanica Marina 57, 291-301.
  • Kulshreshtha G., Burlot A.S., Marty C., Critchley A., Hafting J., Bedoux G., Bourgougnon N., Prithiviraj B. 2015. Enzyme-assisted extraction of bioactive material from Chondrus crispus and Codium fragile and its effect on herpes simplex virus (HSV-1). Marine Drugs 13, 558-580
  • Kevin Hardouin Gilles Bedoux, Anne-Sophie Burlot, Claire Donnay-Moreno, Jean-Pascal Bergé,Pi Nyvall-Collén, Nathalie Bourgougnon (2016). Enzyme-assisted extraction (EAE) for the production of antiviral and antioxidant extracts from the green seaweed Ulva armoricana (Ulvales, Ulvophyceae). Algal Research 16 (2016) 233–239
  • Burlot Anne-Sophie, Bedoux Gilles and Bourgougnon Nathalie (2016). Response Surface Methodology for Enzyme-Assisted Extraction of Water-Soluble Antiviral Compounds from the Proliferative Macroalga Solieria chordalis. Enzyme Engineering. 5:2 DOI: 10.4172/2329-6674.1000148
  • Boulho, R., Le Roux, J., Le Quémener, C., Audo, G., Bourgougnon, N., & Bedoux, G. (2017). Fractionation of UV-B absorbing molecules and of free radical scavenging compounds from Solieria chordalis by using centrifugal partition chromatography. Phytochemistry Letters. pp. 410-414
  • Boulho, R., Marty, C., Freile-Pelegrín, Y., Robledo, D., Bourgougnon, N., & Bedoux, G. (2017). Antiherpetic (HSV-1) activity of carrageenans from the red seaweed Solieria chordalis (Rhodophyta, Gigartinales) extracted by microwave-assisted extraction (MAE). Journal of Applied Phycology, 1-10.
  • Vandanjon Laurent, Deniel Maureen, Puspita A Maya, Douzenel Philippe, Stiger-Pouvreau Valérie, BedouxGilles, Bourgougnon Nathalie, (2017). Seasonal variation of the biochemical composition of the proliferative macroalgae Sargassum muticum estimated by Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectroscopy. Journal of Analytical, Bioanalytical and Separation Techniques, 2(2): 1- 10
  • Nolwenn Terme; Romain Boulho; Melha Kendel; Jean-Philippe Kucma; Gaëtane Wielgosz-Collin; Gilles Bedoux; Nathalie Bourgougnon (2017). Selective extraction of lipid classes from Solieria chordalis and Sargassum muticum using supercritical carbon dioxide and conventional solid-liquid methods."Journal of Applied Phycology, 29, 5, 2513-2519
  • Wijesekara, I., Lang, M., Marty, C., Gemin, M. P., Boulho, R., Douzenel, P., Wickramasinghe, I., Bedoux, G. and Bourgougnon, N. (2017). Different extraction procedures and analysis of protein from Ulva sp. in Brittany, France. Journal of Applied Phycology, 1-9

 

Nouveaux revêtements antibiofilm/antifouling

Molécules marines antifouling

Le développement de nouveaux revêtements antibiofilm/antifouling nécessite la recherche de nouvelles molécules actives dépourvues de toxicité (directive européenne). Cette recherche s’oriente d’une part vers des molécules naturelles ou d’analogues de structures visant à remplacer les biocides organiques, et d’autre part vers des composés minéraux dont la libération est contrôlée. Les études portent sur leur impact sur la croissance, l’adhésion et la formation de biofilm, ainsi que sur leurs mécanismes d’activité. L’ANR BIOPAINTROP représente un exemple de valorisation de microalgues tropicales au sein de peintures biodégradables. D’autres molécules et analogues de structures (Batatasins, Hemibastadins), montrant une activité antibiofilm sans effets toxiques, sont étudiés à travers diverses collaborations nationales et internationales. L’évaluation de composés minéraux à base de zéolithes est réalisée en collaboration avec un industriel producteur de ces matières.

 

Quelques publications de référence

 

  • Zea Obando C, Linossier, I, Duffosé L, Zubia M, Tunin-Ley A, Turquet J, Grondin I, Tremblay R, Faÿ F, Réhel K, Fatty acid profiling of tropical microalgae and cyanobacteria strains isolated from Southwest Indian Ocean Islands. Journal of Marine Biology and Aquaculture, sous presse
  • Le Norcy T, Niemann H, Proksch P, Tait K, Linossier I, Vallée-Réhel K, Héllio C, Faÿ F. Sponge-inspired Dibromohemibastadin prevents and disrupts bacterial biofilms without toxicity, Marine Drugs (2017) 15, 222
  • Le Norcy T, Niemman H, Proksch P, Linossier I, Vallée-Réhel K, Hellio C, Faÿ F. Antibiofilm effect of biodegradable coatings based on hemibastadin derivative in marine environment, International Journal Molecular Sciences (2017)  18, 1520

 

Industrialisation d’un revêtement antifouling biodégradable et érodable à base de co-polymères poly(caprolactone-co-valérolactone)

Le copolymère poly(caprolactone-co-valerolactone) a été synthétisé à l’échelle pilote par plusieurs industriels après validation de la faisabilité de la synthèse dans des conditions industrielles. Ce polymère est évalué pour sa biodégradabilité en milieu marin. D’autre part, l’optimisation de sa formulation en peinture est réalisée par des plans d’expérience avec évaluation en condition réelle d’immersion (choix du couple biocide, limitation de la toxicité, amélioration des propriétés physiques du film)


Quelques publications de référence

  • Loriot M, Linossier I, Vallée-Réhel K, Faÿ F. Hydrolytic degradation of P(CL-VL) copolymers : influence of molecular weight. Journal of Applied Polymer Science (2016) 133, 43007
  • Loriot M, Linossier I, Vallée-Rehel K, Faÿ F, Influence of biodegradable polymer properties on antifouling paints activity. Polymers (2017) 9, 36 (IF : 4.330)
  • Carteau D, Vallée-Réhel K, Linossier I, Quiniou F, Davy R, Compère C, Delbury M, Faÿ F. Development of environmentally friendly antifouling paints using biodegradable polymer and non toxic substances. Progress In Organic Coatings, 77 (2014) 485– 493 (1,849)

 

Développement de surfaces anti-adhésives amphiphiles

Des systèmes anti-adhésif, sans biocides, sont synthétisés et étudiés. Les structures retenues sont basées sur un poly(diméthysiloxane) (PDMS) hydrophobe auquel est associé un polymère hydrophile de type poly(ethylène glycol) (PEG). La combinaison de ces deux polymères confère à la surface du revêtement un caractère amphiphile augmentant son efficacité contre le fouling. Les caractéristiques du copolymère (masse molaire, nature de la fonctionnalisation, mécanisme de réticulation, composition) sont autant de paramètres à étudier dans le but d’obtenir un film dont les propriétés (mécaniques, physico-chimiques) sont adéquates avec l’efficacité du revêtement. Ces travaux sont réalisés en collaboration avec un industriel et l’Université du Texas.


Quelques publications de référence

  • Hawkins ML, Faÿ F, Réhel K, Linossier I, Grunlan MA. Bacteria and diatom resistance of silicones modified with PEO-silane amphiphiles, Biofouling, 30 (2014) 247-258
  • Faÿ F, Hawkins M, Réhel K, Grunla MA, Linossier I. Non-toxic, anti-fouling silicones with variable PEO-silane amphiphile content. Green Materials (2016) 4, 53-62