Caractérisation des exo-métabolomes d'éponge comme sources durables de nouveaux antimicrobiens – SESAM

Biologistes marins spécialistes des éponges, écologues et chimistes des substances naturelles travaillent de concert afin de comprendre les processus cellulaires de stockage et de libération des métabolites par des éponges méditerranéennes qui (1) contiennent différents types de cellules spécialisées et (2) sont connues pour produire des alcaloïdes structurellement divers. Cette interdisciplinarité au sein de l’équipe permet aussi de mettre en place des techniques efficace de concentration des exo-métabolites en milieu marin, afin d’évaluer leurs caractéristiques chimiques et leurs potentiels biologiques, antimicrobiens.

Objectif 1 : Les cellules spécialisées d’éponges sont séparées de la biomasse totale en utilisant des techniques de centrifugation et gradient de densité, voire aussi des approches de cytométrie en flux. L’ensemble de ces cellules séparées (microorganismes symbiotiques et cellules spécialisées d’éponge), sont identifiées par des techniques de metabarcode d’ADN et de microscopie.

Objectifs 1+2 : Différents systèmes de capture des métabolites sont développés en aquarium puis in situ en utilisant notamment des supports variés d'adsorption sur phase solide. La spectrométrie de masse à haute résolution (HR-MS) ainsi que la résonance magnétique nucléaire (RMN) sont utilisées pour des analyses métabolomiques comparatives ainsi que pour l'élucidation structurale des métabolites isolés de ces éponges.

Objectif 3 : Les activités antibiotiques et antivirales des extraits et des (exo-)métabolites isolés sont mesurées sur les plateformes de criblages réputées (BAC-SCREEN et AFMB, respectivement) de l’Université d’Aix Marseille. Au sein de BAC-SCREEN les essais sont menés sur les bactéries multi-résistantes aux antibiotiques du groupe ESKAPE sur lesquels sont évaluées des activités cytotoxiques directes ainsi que l’inhibition de la formation de biofilms. Les essais anti-viraux mesurent l’inhibition de la réplication virale des Flavivirus de la Dengue et de Zika.

Les premiers résultats majeurs sont relatifs à l'objectif 2 avec la mise en place d'une méthodologie analytique permettant de caractériser qualitativement et quantitativement les exométabolites spécialisés libérés par l'éponge Méditerranéenne Aplysina cavernicola. (voir production scientifique)

Les données et résultats obtenus au cours de ce projet permettront
(1) de revisiter de façon plus écoresponsable la chimie des éponges de Méditerranée
(2) d’évaluer les propriétés biologiques des métabolites produits par les éponges en se basant sur les données d'analyses métabolomiques comparatives
(3) d'optimiser les méthodes de concentration des métabolites libérés en milieu marin
(4) de mettre en place des tests de médiation chimique en milieu marin

Article:
Mauduit M, Greff S, Herbette G, Naubron JV, Chentouf S, Huy Ngo T, Nam JW, Molinari S, Mabrouki F, Garayev E, Baghdikian B, Pérez T, and Simmler C “Diving into the Molecular Diversity of Aplysina cavernicola’s Exometabolites: Contribution of Bromo-Spiroisoxazoline Alkaloids” ACS Omega 2022 DOI:10.1021/acsomega.2c05415


Zenodo Community pour partager toutes les données brutes relatives aux articles:
zenodo.org/communities/sesam_anr/

La chimie des métabolites spécialisés (MSp) d’éponges a fait l'objet d'études approfondies ayant pour but de découvrir de nouveaux médicaments anti-cancéreux et, dans une moindre mesure, antimicrobiens. La réduction de l’arsenal thérapeutique face à la monté des infections bactériennes multi-résistantes ou à l’émergence d’infections virales, soulignent l’importance du maintien des efforts de recherche pour la découverte de nouvelles molécules anti-infectieuses. Les MSp d’éponges ont un fort potentiel antimicrobien encore relativement peu valorisés. Structurellement complexes, ces molécules sont souvent purifiées avec de faibles rendements. Dans certains cas, des récoltes massives de biomasse d'éponges ont été effectuées pour obtenir les SpMs les plus prometteurs en quantité suffisante, fragilisant ainsi l'écosystème marin. Il est clair que la valorisation durable des potentiels chimiques et biologiques des MSp marins doit aller de pair avec la mise en place de méthodes d'approvisionnement écoresponsables.
Les éponges peuvent libérer une partie de leurs MSp dans leur environnement (exo-MSp) par le renouvellement ou l'expulsion active de leurs cellules. Ces exo-MSp représentent une source de molécules bioactives, qui pourraient être collectées et concentrées à partir de l'eau de mer sans détruire la biomasse des éponges, donc sans affecter la biodiversité marine. Dans ce contexte, le projet SESAM vise (1) à évaluer les propriétés chimiques et biologiques des exo-MSp, et (2) à les valoriser comme source supplémentaire et durable de nouveaux antimicrobiens.
Une approche interdisciplinaire sera développée pour caractériser les cellules impliquées dans la production et l’expulsion des exo-MSp (AIM1), développer des méthodes efficaces de concentration des exo-MSp en aquarium voire en milieu marin (AIM2), et évaluer leurs potentiels antibiotiques contre les bactéries ESKAPE, et antiviraux contre les Flavivirus de la Dengue et de Zika (AIM3). Ce projet regroupe ainsi des experts de différentes disciplines scientifiques : la biologie et l'écologie des éponges, la biologie cellulaire et moléculaire, la chimie des substances naturelles, et la microbiologie. L'équipe SESAM étudiera les propriétés chimiques et antimicrobiennes des exo-MSp d’espèces d'éponges méditerranéennes qui contiennent différents types de cellules spécialisées possiblement impliquées dans la production et l’expulsion de MSp, appartenant tous à la classe structurale des alcaloïdes. La spectrométrie de masse à haute résolution (HR-MS) ainsi que la résonance magnétique nucléaire (RMN) seront utilisées pour des analyses chimiques comparatives et pour l'élucidation structurale des composés isolés de ces éponges. Les cellules symbiotiques (microorganismes et cellules spécialisées d’éponge), isolées de la biomasse de l’éponge mais aussi excrétées, seront identifiées par des techniques de metabarcode d’ADN et de microscopie. Les activités antibiotiques et antivirales des extraits, fractions cellulaires et MSp isolés seront mesurées sur les plateformes de criblages réputées (BAC-SCREEN et AFMB) de l’Université d’Aix Marseille.
A moyens et longs termes, ce projet mènera au développement de techniques de concentration et/ou de production durables d'exo-MSp prometteurs. Par ailleurs, les données et résultats collectés au cours de ce projet contribueront à la caractérisation des fonctions écosystémiques des exo-métabolites (exo-MSp) d’éponges. Ainsi, ce projet allie l'écologie chimique marine à la découverte de candidats médicaments d'origine naturelle. Pour conclure, grâce à son approche interdisciplinaire unique, le projet SESAM pose les bases de l'évaluation de tous les paramètres impliqués dans la caractérisation des exo-MSp d'éponges comme source durable de composés bioactifs prometteurs.