Influence du procédé de culture et de purification sur la quantité et la bioactivité de la marennine produite par Haslea ostrearia

Pédron, Élodie (2024). Influence du procédé de culture et de purification sur la quantité et la bioactivité de la marennine produite par Haslea ostrearia. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 313 p.

PDF Télécharger (7MB) | Prévisualisation

Résumé

« La marennine est un pigment bleu hydrosoluble synthétisé et externalisé par la diatomée benthique Haslea ostrearia. Dans un contexte de lutte pour la sécurité alimentaire, sa valorisation comme postbiotique dans les écloseries et pouponnières de bivalves apparaît comme pertinente. En effet, ce pigment de nature polysaccharidique vient se fixer sur la membrane externe des bactéries du genre Vibrio limitant leur pathogénicité en plus de s'accumuler au niveau des branchies des bivalves. Ces propriétés pourraient offrir un traitement actif localisé. Étant donné ses activités antibactériennes et antioxydantes, la marennine pourrait permettre de réduire localement la prolifération de souches bactériennes pathogènes chez les bivalves infectés. Pour promouvoir sa valorisation, un procédé de production fiable doit être mis en place, c'est-à-dire un procédé de culture donnant accès à des productivités stables et une approche de raffinage robuste permettant une fiabilité d'utilisation de l'extrait obtenu. Or, des incertitudes entourent encore la robustesse du procédé de culture de Haslea et sa capacité à fournir une production constante de marennine. De plus, de nombreuses inconnues persistent autour de l'impact du raffinage sur la qualité du pigment et ses conséquences sur ses bioactivités d'intérêt. C'est pourquoi nous avons développé l'objectif d'étudier l'influence du procédé de production de H. ostrearia sur les productivités en marennine extracellulaire et ses bioactivités d'intérêt, particulièrement pour le marché de l'aquaculture. Pour ce faire, notre étude a cherché à vérifier trois hypothèses. Premièrement, l'utilisation d'un procédé de culture à membrane immergée pourrait permettre une production fiable et adaptable aux différentes souches de Haslea. Deuxièmement, la physiologie des diatomées, influencée par le procédé de culture, régirait finalement la variabilité de la quantité et de la qualité de la marennine produite. La troisième hypothèse supposait que des différences pouvaient être observées au niveau de bioactivités d'extraits de marennine obtenus par différentes voies de raffinage, principalement expliquées par la différence de composition de ces derniers. Pour vérifier ces hypothèses, différentes souches de H. ostrearia ont été cultivées à l'aide d'un procédé de culture à membrane immergée, permettant la culture en fed-batch de la biomasse microalgale tout en récoltant en semi-continu le surnageant contenant la marennine extracellulaire. Les variabilités des productivités et de la qualité des eaux bleues ont été comparées selon la souche utilisée, et en fonction de l'état de la biomasse en culture au moment de la récolte. Ensuite, l'évolution de la qualité chimique et des bioactivités de l'extrait de marennine a été suivie le long de différentes voies de raffinage. Les résultats obtenus ont permis de définir les points clés du procédé de production engendrant une variabilité de celle-ci, et de discuter des solutions pour développer un système robuste. Par exemple, bien qu'un changement de souche de H. ostrearia semble induire une fluctuation de la productivité en marennine du procédé de culture, nos résultats encouragent la poursuite des recherches sur l'optimisation des souches par des méthodes d'entraînement de celles-ci. De plus, nos résultats suggèrent de récolter l'eau bleue dès le début de la phase de croissance stationnaire de la biomasse, afin de limiter la dégradation de sa qualité pendant la culture. Enfin, une méthode de prépurification récemment développée, ajoutant en amont de la double ultrafiltration 30-3 kDa jusqu'alors utilisée, une extraction sur flocons de graphite et une gélation ionotropique, s'est avérée prometteuse, en augmentant l'efficacité antioxydante de l'extrait et en améliorant également la constance de la réponse d'inhibition bactérienne induite par la marennine. Cette étude marque le début du développement d'un processus de production complet, prenant en considération les facteurs clés susceptibles d'influencer la production de marennine. Il est essentiel d'évaluer l' fficacité de l'extrait obtenu par la nouvelle voie de raffinage dans des environnements d'élevage tels que les écloseries et les nurseries de bivalves. Cette évaluation permettra de confirmer son efficacité et de déterminer les limites d'utilisation, contribuant ainsi à valider l'intérêt de valoriser cet extrait en aquaculture. -- Mot(s) clé(s) en français : Haslea ostrearia ; pigment bleu naturel, marennine extracellulaire, EMn ; substances polymériques extracellulaires, EPS ; variabilité de la souche ; activité antioxydante ; activité antibactérienne ; procédé de raffinage ; membrane immergée ; procédé hybride. »--
« Marennine is a water-soluble blue pigment synthesized and externalized by the benthic diatom Haslea ostrearia. In the context of food safety, its use as a postbiotic in bivalve hatcheries and nurseries seems relevant. Indeed, this polysaccharide pigment reduces the pathogenicity of bacteria from the Vibrio genus through interaction with their externalmembrane. Moreover, as it accumulates in the gills of bivalves, marennine could provide apotential localized active treatment. Owing to its antibacterial and antioxidant activities, marennine can reduce the local proliferation of pathogenic bacterial strains in infected bivalves. To promote its use, a reliable production process must be put in place, i.e., a cultivation process giving access to stable productivities and a robust refining approach enabling the reliable use of the obtained extract. However, uncertainties still surround the robustness of Haslea cultivation process and its ability to deliver consistent marennine production, just as many unknowns persist around the impact of refining on the pigment's quality and its consequences on its bioactivities of interest.Therefore, this thesis aimed to study the influence of the production process on extracellular marennine productivity and bioactivity from the cultivation of H. ostrearia to the production of an extract suitable for use in aquaculture. To this end, our study sought to verify three hypotheses. First, the use of an immersed membrane culture process could enable reliable production that could be adapted to different Haslea strains. Second, diatom physiology, which is influenced by the culture process, ultimately governs variability in the quantity and quality of marennine produced. The last hypothesis assumed that differences could be observed in the bioactivities of marennine extracts obtained from different refining routes, mainly explained by differences in their composition. To test these hypotheses, different strains of H. ostrearia were cultivated using a submerged membrane culture process, enabling a fed-batch culture of the microalgal biomass while semi-continuously harvesting the supernatant containing extracellular marennine. The variability of blue water productivity and quality was compared according to the strain used and compared with the state of the biomass in culture at the time of harvesting. Next, the evolution of the chemical quality and bioactivity of the marennine extract was followed along different refining routes.These analyses have enabled us to define the key points in the production process that lead to variability and to discuss solutions for developing a robust system. For example, although a change in H. ostrearia strain appears to induce a fluctuation in marennine productivity, our results encourage further research into strain optimization using strain training methods. In addition, our results encourage the harvesting of blue water early in the stationary growth phase of the biomass to limit the degradation of its quality during cultivation. Finally, a recently developed prepurification method, adding carbon flake xviiiextraction and ionotropic gelation upstream of the hitherto used 30-3 kDa double ultrafiltration, has shown promise in increasing the antioxidant efficiency of the extract and improving the consistency of the marennine-induced bacterial inhibition response.This study marks the start of the development of a complete production process, considering the key factors likely to influence marennine production. It is essential to evaluate the effectiveness of the extract obtained from the new refining route in rearing environments such as hatcheries and bivalve nurseries. This evaluation will confirm its efficacy and determine the limits of its use, thus helping to validate the value of using this extract in aquaculture. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Keywords: Haslea ostrearia; Natural blue pigment, Extracellular marennine; extracellular polymeric substances EPS ; Strain variability ; antibacterial activity; antioxidant activity; refining process; Submerg d membrane; Hybrid process. »--

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Deschênes, Jean-Sébastien et Gonçalves, Olivier
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Tremblay, Réjean et Massé, Anthony
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie et dans le cadre du doctorat en Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes Spécialité Génie des Procédés et des Bioprocédés en vue de l'obtention du grade de philosophiæ doctor (Ph.D.)
Mots-clés :	Marennine ; Bivalves - Élevage ; Substances polymériques extracellulaires ; Antibactériens ; Diatomées ; Haslea ostrearia ; Aquaculture.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Date de dépôt :	05 févr. 2025 14:27
Dernière modification :	05 févr. 2025 14:27
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3158