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Criblage & Recherche de composés actifs

Description des tâches du Work-Package 7

Objectifs

Ce groupe de travail concentre la recherche appliquée du projet OCEANOMICS. Ses objectifs sont les suivants :

  • Rationaliser la recherche de composés bioactifs issus du plancton océanique, sur la base des analyses des échantillons Tara-Océans (groupes de travail 2 à 5), et plus particulièrement en ce qui concerne les lipides et les métabolites secondaires grâce à l’étude des voies métaboliques (groupe de travail n°5).
  • Explorer la diversité des métabolites excrétés (exométabolome) en conditions contrôlées et identifier leurs potentiels biotechnologiques.
  • Caractériser de nouvelles molécules d’intérêt en dermo-cosmétique et en pharmaceutique, à partir de composés purifiés, issus de souches sélectionnées.
  • Transférer les technologies et les méthodes d’imagerie et de séquençage haut-débit développées dans OCEANOMICS à une recherche appliquée, dédiée au suivi de la qualité des eaux. En particulier, caractériser la valeur industrielle du matériel biologique concentré lors des premières étapes du processus de désalinisation.
  • Développer un partenariat entre plateformes techniques académiques et entreprises de biotechnologies, dans le but de stimuler le transfert de connaissances et de technologies.

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Stéphane Bach et Chris Bowler, coordinateurs du groupe de travail Criblage et Recherche de composés actifs.
W.Thomas / SBR

Ce groupe de travail est coordonné par Stéphane Bach de l’USR3151 à la Station Biologique de Roscoff et Chris Bowler à l’Institut de Biologie de l’ENS de Paris. Il fait intervenir également l’UMR7144 et la FR2424 de la Station Biologique de Roscoff, le Genoscope d’Evry, le laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale du CEA Grenoble et les partenaires privés Greentech, Soliance et Veolia Environnement Recherche et Innovation.

#1

Lipidomique – Tâche 7.1

Le très complexe métabolisme des acides gras est sans aucun doute une des ressources issues de la biodiversité et microalgues et des protistes marins qui est le plus facilement valorisable à long terme. Une partie de ces acides gras se caractérise par une exceptionnelle diversité moléculaire avec des structures de longueur variable à nombre pair ou impair d’atomes de carbone (de 8 à plus de 36 carbones), linéaires ou branchés, avec des doubles liaisons, des oxydations, des cycles, etc…
Ces acides gras sont des sources potentielles d’applications en biotechnologie (hydrophobisation de polymeres, matériaux microstructurés), dans le domaine biomédical (anti-inflammatoires, anti-prolifération cellulaire, anti-cancers), ou encore dans le domaine des substituts de carburant (biocarburants).

 

AcylUniverse, une base de données pour cribler et interpréter la diversité lippidique des océans.

L’énorme quantité de données –omics et méta-omics acquise par le groupe de travail Données génétiques sur les échantillons Tara-Océans, ainsi que sur des organismes de référence, est explorée pour révéler la présence de gènes codant pour des enzymes ou des régulateurs des voies métaboliques potentiellement utiles dans le secteur industriel. Pour cela, une base de données spécifique, AcylUniverse, est améliorée et adaptée à l’extrême richesse et à la grande complexité du métabolisme des acides gras. Des pipelines bioinformatiques sont développés pour une exploration haut-débit des gènes impliqués dans la synthèse de ces composés. Les connaissances générées seront utilisées pour sélectionner des souches de choix pour la recherche de composés bioactifs (Tâches 7.2 et 7.3).

 

Phénotypage haut-débit pour l'identification de souches productrices de lipides.

En lien avec la plateforme d’imagerie haut-débit mise en place dans le cadre du groupe de travail n°3 (Production et analyse primaire de données d’imagerie), un protocole est développé pour un criblage des échantillons de protistes issus de l’expédition Tara-Océans afin d’identifier les cellules à fort contenu lipidique. Basé sur l’utilisation courante du colorant fluorescent Rouge Nil, ce protocole présente d’autres caractéristiques de criblage permettant une acquisition parallèle d’informations sur les structures cellulaires. L’intégration des données obtenues avec les données environnementales et génétiques concernant ces mêmes échantillons (groupes de travail 2 et 4) permettra d’identifier les conditions écologiques favorisant l’apparition de cellules planctoniques à fort contenu lipidique.

#2

Criblage de souches planctoniques pour la recherche de composés bio-actifs – Tâche 7.2

A ce jour, près de 70% des molécules actives sur le marché sont des substances naturelles, ou des molécules qui en dérivent, issues de plantes terrestres, de micro-organismes, de champignons et, plus rarement, d’animaux. L’objectif de cette tâche est d’explorer le plancton en tant que source potentielle de nouveaux composés bioactifs. Avant toute action de la part de ce groupe de travail, une sélection des souches planctoniques à fort potentiel sera effectuée. Les souches utilisées proviendront de la collection de cultures planctoniques de Roscoff (Roscoff Culture Collection – RCC) et le choix sera fait sur la base des connaissances développées par les groupes de travail « Production et analyses primaires de données génétiques » et « Bioinformatique et modélisation des écosystèmes ». Environ 150 souches identifiées seront analysées plus en détail pour leur profil métabolique. Au final, 80 souches seront conservées et des extraits seront réalisés. La purification des composés sera effectuée par nos partenaires privés Soliance et Greentech. Les extraits et les molécules purifiées seront caractérisés par différentes approches chromatographiques.

 

Utilisation des extraits en dermocosmétique.

Cette partie du projet vise à s’assurer de la possibilité de cultiver les espèces identifiées à une échelle pré-industrielle, permettant d’obtenir suffisamment de biomasse  pour une extraction optimale. Les meilleures conditions de culture seront aussi recherchées. Différents protocoles d’extraction seront alors comparés dans le but d’obtenir des extraits incolores et sans odeur pour répondre au besoin de la cosmétique. L’activité biologique des composés sur la peau pourra alors être évaluée à l’aide de tests in vitro utilisant différents types cellulaires (kératinocytes, fibroblastes, adipocytes et mélanocytes). Plusieurs domaines d’action de la cosmétique seront visés, et la toxicité des composés actifs sera aussi testée afin de répondre aux normes en vigueur avant l’étape des tests in vivo. Enfin, une étude technique et économique sera mise en place pour évaluer le potentiel de mise sur le marché des actifs identifiés.

 

Utilisation en pharmaceutique.

La caractérisation des composés actifs issus de souches planctoniques sera basée sur l’évaluation de leur rôle dans les phénomènes d’inhibition et/ou d’activation de la migration de cellules mammifères en culture et de la croissance cellulaire in vitro de cinq lignées mammifères. Pour chaque extrait actif, l’étude de plus de 20 fractions et sous-fractions sera réalisée et les approches destinées à l’utilisation des extraits en dermoscosmétique pourront elles-aussi bénéficier de ces protocoles. Par ailleurs, les protéines kinases, enzymes régulatrices de nombreux mécanismes cellulaires et dont la dérégulation est souvent responsable de pathologies, constitueront une cible de choix pour cette partie du projet. Des approches transcriptomiques permettront de comprendre de manière plus précise le mode d’action des molécules actives identifiées.

#3

Etude et potentiel des exométabolomes – Tâche 7.3

La littérature scientifique montre que des organismes planctoniques, qu’ils soient en condition de stress ou non, relâchent dans leur milieu une quantité considérable de composés organiques parmi lesquels on retrouve en grande partie des sucres, composés d’intérêt majeur. Par ailleurs, il est aussi démontré que d’autres types de molécules excrétées jouent un rôle écologique majeur et présentent un fort intérêt biotechnologique. Cette partie du projet OCEANOMICS vise à explorer les exométabolomes de protistes sélectionnés là encore sur des critères morpho-génétiques révélés par les analyses des échantillons issus de l’expédition Tara-Océans.

#4

Evaluation et valorisation des premières étapes du processus de désalinisation – Tâche 7.4

En 2015, 60 milliards de m3 d’eau potable seront produit par jour par désalinisation d’eau de mer. Les systèmes utilisés à ce jour font appel à des étapes de filtration et d’osmose inverse qui retiennent respectivement les impuretés et les sels. Une des questions clefs pour améliorer ce processus est de caractériser les volumes d’eau filtrés et les agents biologiques responsables de l’encrassement des filtres utilisés. VEOLIA Recherche et Environnement travaille aussi à la possibilité de renvoyer dans leurs habitats naturels des échantillons biologiques retenus dans les filtres, visant ainsi à diminuer l’impact environnemental de cette filtration. Les protocoles de séquençage et d’analyses génétiques ainsi que les analyses métaboliques et lipidomiques développés et utilisés dans le cadre d’OCEANOMICS seront mis à profit afin d’évaluer l’efficacité des étapes de filtration et d’analyser le potentiel industriel du matériel biologique isolé au cours de ce processus.