Article de référence | Réf : BIO6250 v1

Polysaccharides de bactéries marines et leurs dérivés bioactifs
Les polysaccharides marins et leurs applications dans le domaine de la santé

Auteur(s) : Corinne SINQUIN, Sylvia COLLIEC-JOUAULT

Date de publication : 10 mai 2014

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RÉSUMÉ

Dans la recherche de nouvelles réponses thérapeutiques pour pallier l'inefficacité ou l'absence de certains traitements, le monde marin est encore un grand lieu de découvertes et un réservoir considérable de molécules. Avec l'essor de la glycoscience et des biotechnologies marines, le rôle clé des polysaccharides dans différents systèmes biologiques et le potentiel des polysaccharides marins dans le domaine de la santé ont été mis en évidence. L'article décrit les principaux polysaccharides marins, leur source, leur diversité structurale, qui peut d'ailleurs être accrue par modification chimique et/ou enzymatique, et leur potentiel pour la prévention et le traitement de pathologies majeures.

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ABSTRACT

Marine polysaccharides for healthcare applications

In the search of new biopharmaceuticals to find more efficient treatment, to develop new therapeutic strategies and to improve medical answer, the marine world offers an untapped deposit for the discovery of original molecules. With the emergence of the glycoscience underlying the crucial roles of polysaccharides in major biological functions and the expansion of marine biotechnologies, the potential of marine polysaccharides as an innovative source of new pharmaceuticals has emerged and gained considerable attention. The aim of this article is the description of the principal marine polysaccharides, their main sources, their structural diversity (that can be increased by chemical and/or enzymatic modification) and their potential for therapeutic applications in major diseases.

Auteur(s)

  • Corinne SINQUIN : Ingénieur de recherche - Ifremer, Laboratoire de biotechnologie et molécules marines, Centre Atlantique, Nantes, France

  • Sylvia COLLIEC-JOUAULT : Cadre de recherche, HDR - Ifremer, Laboratoire de biotechnologie et molécules marines, Centre Atlantique, Nantes, France

INTRODUCTION

Le monde marin, grâce à sa diversité et à sa complexité, peut offrir un nombre infini de molécules originales qui sont encore à découvrir. Un des enjeux pour la recherche aujourd'hui est l'exploration de la biodiversité marine en vue de son exploitation. L'étude de la biodiversité marine, et plus particulièrement des polysaccharides marins, représente ainsi un enjeu considérable pour la recherche et la biotechnologie.

En effet, grâce à leur grande diversité structurale et à leurs propriétés spécifiques, les polysaccharides terrestres et marins occupent déjà une place parfois insoupçonnée mais néanmoins importante dans notre quotidien (additifs alimentaires, dentifrice, textiles, etc.). Concernant les polysaccharides, actuellement plusieurs sources sont déjà exploitées : les végétaux et animaux terrestres, les algues et les bactéries. Depuis 1930, l'utilisation des polysaccharides d'origine algale est largement déployée dans l'industrie agroalimentaire, cosmétique, pharmaceutique, l'agriculture et, plus récemment, les biotechnologies. Actuellement, les polysaccharides bactériens font l'objet de recherche et développements importants comme les glycosaminoglycanes (hyaluronane et précurseurs d'héparine) ou encore l'alginate. L'origine bactérienne permet de contrôler totalement la production des polysaccharides et d'éviter d'utiliser des sources pouvant contenir des agents transmissibles non conventionnels et virus, comme principalement les sources animales (porcine et bovine). Depuis la découverte des sources hydrothermales océaniques profondes et d'un monde microbien exceptionnel, des souchothèques ont été constituées pour isoler des molécules nouvelles, comme des enzymes thermostables ou des polysaccharides originaux.

Les polysaccharides sont des macromolécules complexes que l'on retrouve dans tous les règnes (végétal, animal et bactérien). Les polysaccharides sont composés d'enchaînements d'unités osidiques reliées par des liaisons glycosidiques. Le motif répété n fois, ou unité répétitive, peut être composé du même monosaccharide (homosaccharide) ou de plusieurs motifs différents (hétérosaccharide). Le polysaccharide peut être caractérisé par cette séquence répétitive constituée d'oses neutres (glucose, galactose, xylose, fucose...) ou d'oses acides (glucuronique, galacturonique, iduronique...) ou d'hexosamines (N-acétyl-glucosamine, N-acétyl-galactosamine). Le polysaccharide peut aussi être substitué par des groupements de nature organique (acétate, lactate, pyruvate, succinate) ou inorganique (phosphate, sulfate...). Les propriétés physico-chimiques des polysaccharides dépendent à la fois de leur masse molaire, située en général de 100 000 à plusieurs millions de grammes par mole, de leur composition chimique, et enfin de la structure : linéaire, ramifiée, avec la présence ou non de substituants, de leur position et des branchements. Grâce à leur diversité de structures quasi infinie, chaque polysaccharide caractérisé par son unité répétitive est unique et offre ainsi des propriétés fonctionnelles qui lui sont spécifiques : propriétés épaississantes, stabilisantes ou gélifiantes déjà largement exploitées dans l'industrie agroalimentaire et pharmaceutique, mais également des propriétés biologiques particulières qui peuvent être exploitées pour des applications médicales précises (prévention de la thrombose par traitement à l'héparine, traitement local de l'arthrose par injection d'acide hyaluronique ou hyaluronane...).

Les algues marines et les bactéries marines synthétisent une grande diversité de polysaccharides originaux. Ces polysaccharides marins offrent un champ d'investigation immense quasiment infini pour la découverte de structures osidiques originales. Leur grande variabilité structurale peut encore être accentuée par des modifications spécifiques (dépolymérisation et réactions de substitution). Ainsi, les polysaccharides marins et leurs dérivés sont une source de molécules innovantes présentant des propriétés biologiques originales et spécifiques, qui peuvent être exploitées à des fins thérapeutiques.

Différents exemples d'application potentielle en santé humaine sont présentés dans cet article. Ces exemples montrent bien que ces polysaccharides marins sont une source de nouvelles molécules thérapeutiques pour des pathologies majeures dans les domaines de la cancérologie, de l'hématologie, de l'infectiologie et des médecines réparatrice et régénérative.

Un glossaire est présenté en fin d'article.

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KEYWORDS

state of the art   |   functionalisation   |   extraction   |   Depolymerisation   |   Fermentation   |   Healthcare   |   Biotechnology   |   biochemistry   |   microbiology

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio6250

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2. Polysaccharides de bactéries marines et leurs dérivés bioactifs

2.1 Description des différents polysaccharides bactériens

La production de polysaccharides par des bactéries permet le développement de nouvelles molécules par voie biotechnologique pour des applications biomédicales. En effet, de nombreux micro-organismes Gram + comme Gram – synthétisent des polysaccharides de composition et de structures très variées, en général de haute masse molaire. Les polysaccharides bactériens sont secrétés, soit sous forme d'une capsule fixée à la cellule, soit sous la forme d'une gangue plus ou moins visqueuse en solution. Ce dernier cas de figure permet une récupération aisée des exopolysaccharides (EPS). Les EPS relargués dans le milieu peuvent avoir été fraîchement synthétisés par la bactérie ou été perdus par celle-ci au cours du vieillissement. Divers rôles protecteurs sont attribués à ces polysaccharides :

  • en assurant une barrière physique empêchant les substances toxiques d'atteindre la cellule ;

  • en se liant aux bactériophages qui tentent d'attaquer la cellule ;

  • en luttant contre la dessiccation.

Enfin, ils jouent un rôle important dans le phénomène d'adhésion et dans la structuration des biofilms. L'adhésion et le biofilm permettent aux bactéries de se développer et de capturer leurs nutriments sans pour autant constituer une réserve de source de carbone pour les bactéries. Les EPS présentent plusieurs avantages à un développement biotechnologique :

  • ils sont produits facilement en fermenteurs ;

  • ils offrent une grande diversité de structures, de la plus simple à la plus complexe, difficiles à reproduire par la synthèse chimique ;

  • ils présentent une structure particulière spécifique à chaque bactérie ;

  • ils sont faciles à isoler du milieu de culture grâce à leur solubilité en milieu aqueux, même à grande échelle ;

  • ils sont synthétisés en conditions contrôlées, dans un environnement confiné et compatible avec les normes GMP (Good Manufacturing Practices  ou, en français, bonnes pratiques de fabrication, BPF) ;

  • ils sont biodégradables, biocompatibles, issus de ressources renouvelables comme les polysaccharides d'origine animale et de plus, contrairement à eux, exempts de contaminations.

La...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - LAURIENZO (P.) -   Marine polysaccharides in pharmaceutical applications : an overview.  -  Mar Drugs, 8, p. 2435-2465 (2010).

  • (2) - LAHAYE (M.) et ROBIC (A.) -   Structure and functional properties of Ulvan, a polysaccharide from green seaweeds.  -  Biomacromolecules, 8, p. 1765-1774 (2007).

  • (3) - DOMOZYCH (D.), CIANCIA (M.), FANGEL (J.U.), MIKKELSEN (M.D.), ULVSKOV (P.), WILLATS (W.G.T.) -   The cell walls of green algae : a journey through evolution and diversity.  -  Frontiers in Plant Science, 3, (2012).

  • (4) - BILAN (M.I.), VINOGRADOVA (E.V.), SHASHKOV (A.S.), USOV (A.I.) -   Structure of an highly pyruvylated galactan sulfate from the Pacific green alga Codium yezoense(Bryopsidales, Chlorophyta).  -  Carbohydrate Research, 342, p. 586-596 (2007).

  • (5) - CIANCIA (M.), QUINTANA (I.), VIZCARGUENAGA (M.I.), KASULIN (L.), DE DIOS (A.), ESTEVEZ (J.M.), CEREZO (A.S.) -   Polysaccharides from the green seaweeds Codium fragile and C. vermilara with controversial effects on hemostasis.  -  International Journal of Biological Macromolecules, 41, p. 641-649...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

  • Biotechnologie des extrêmophiles.

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Les principaux producteurs industriels dans la production de phycocolloïdes sont :

Cargill http://www.cargillfoods.com/emea/en/products/hydrocolloids/index.jsp

Dupont Danisco http://www.danisco.com/product-range/

FMC BioPolymer http://www.fmcbiopolymer.com/Pharmaceutical/Products/Alginates.aspx

CP Kelco http://www.cpkelco.com/

Les principaux producteurs industriels de polysaccharides bactériens sont :

Groupe SOLVAY Rhodia http://www.rhodia.com/fr

Biopolymer International http://www.biopolymer-international.com/

CP Kelco http://www.cpkelco.com/

ADM http://www.origin.adm.com/en-US/products/feed/_layouts/ customsearchresults.aspx?k=xanthan

De très gros projets de recherche sont structurés en réseau en France et en Europe autour de cette filière :

IDEALG piloté par l'Université européenne de Bretagne et la station biologique de Roscoff http://www.idealg.ueb.eu/

ULVANS http://www.pole-mer-bretagne.com/ulvans-valoriser-les-algues-vertes-pour-la-nutrition-et-la-sante-animale.php...

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