Thèse Extraction Production et Caractérisation de Poly- et Oligosaccharides d'Algues Marines à Potentiel Antiviral H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne École doctorale : Sciences, Technologie, Santé Laboratoire de recherche : BIOPI - Plant Biology and Innovation Direction de la thèse : Emmanuel PETIT LAIGNEL ORCID 0000000315336909 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-18T23:59:59 Le sujet proposé s'inscrit dans le cadre d'un AAP ANR, visant à développer des biomatériaux innovants à activité antivirale à partir de polysaccharides d'algues marines. La stratégie repose sur l'extraction, la purification, la caractérisation et la valorisation de poly- et oligosaccharides issus de différentes espèces d'algues. Au sein de l'UMRT INRAe 1158 BioEcoAgro, l'algue verte Ulva australis a été sélectionnée pour son potentiel de production d'ulvanes, polysaccharides sulfatés présentant des motifs uroniques spécifiques, comparables à ceux des héparanes sulfates. Ces ulvanes seront extraits de biomasse issue de culture contrôlée, récoltée à différents stades de croissance, selon des procédés conventionnels et par voie enzymatique.
Les ulvanes seront ensuite dépolymérisés de manière contrôlée, par des méthodes chimiques douces, physiques ou enzymatiques, afin de produire des fractions de faible masse molaire. Les fractions générées seront évaluées pour leur activité antivirale contre des souches cliniques de virus (Herpes simplex virus 1 et Monkeypox virus), en collaboration avec des partenaires du projet. L'ensemble des molécules produites fera l'objet d'une caractérisation structurale approfondie (HPAEC-PAD, SEC-MALLS, RMN, dosage des sulfates...). Les résultats des tests biologiques guideront l'optimisation des procédés d'extraction et de dépolymérisation.
Le projet vise ainsi à identifier des fractions actives, à comprendre leurs mécanismes d'action et à valider leur efficacité après intégration dans des biomatériaux de type hydrogels, en vue du développement de nouvelles applications antivirales.
Le sujet de recherche porte sur l'extraction, la production et la valorisation de poly- et oligosaccharides d'algues marines, avec un focus particulier sur les ulvanes issus de l'algue verte de culture Ulva australis. L'objectif principal de ce projet est de développer une approche intégrée permettant d'obtenir des fractions de faible masse molaire (y compris des oligosaccharides), caractérisées et reproductibles, présentant une activité antivirale potentielle, et de les intégrer dans des biomatériaux de type hydrogels.
Ces travaux s'inscrivent dans un contexte scientifique où les infections virales causées par le VHS-1 (Virus Herpes Simplex) et le MPXV (MonkeyPoX Virus) continuent de représenter une menace sanitaire majeure malgré les avancées scientifiques. Le VHS-1 infecte près de 67 % de la population mondiale et entraîne des lésions cutanées et muqueuses récurrentes, parfois sévères. Le MPXV connaît depuis 2022 une expansion internationale touchant particulièrement les enfants et les jeunes adultes. Les traitements disponibles, comme l'acyclovir et ses dérivés pour lutter contre le VHS restent limités par leur toxicité et l'émergence de résistances. Bien qu'un traitement systémique par Tecovirimat et un vaccin existent contre le MPXV, il n'existe actuellement aucun traitement antiviral cutané et muqueux applicable aux lésions pour bloquer la multiplication virale in situ. Ce contexte stimule la recherche de nouveaux composés antiviraux stables et biosourcés, dotés de propriétés virucides contre les virus infectant la peau et les muqueuses. Les médicaments développés à partir de composés naturels ont montré une efficacité à atténuer les symptômes des maladies virales, à réduire la durée de la maladie et la période de contagiosité, tout en étant moins toxiques et avec des effets secondaires minimisés.
Parmi eux, les polysaccharides sulfatés extraits d'algues marines sont reconnus pour leur faible toxicité et leurs propriétés antivirales. Ces molécules agissent principalement en inhibant l'adsorption virale en mimant les héparanes sulfates présents à la surface des cellules hôtes. Malgré des effets inhibiteurs puissants sur l'infection virale, le poids moléculaire élevé, la faible solubilité, la haute viscosité et la nature hydrocolloïde, ainsi que la faible capacité de pénétration tissulaire des polysaccharides, ont limité leurs applications antivirales potentielles chez l'humain. La dépolymérisation de ces polysaccharides offre une solution prometteuse : elle permet d'obtenir des fractions de faible masse moléculaire, plus biodisponibles et dotées d'une activité antivirale intensifiée, y compris à l'intérieur des cellules. Cette approche apparaît donc essentielle pour développer de nouveaux dérivés antiviraux efficaces, utilisables tant en application locale que par voie systémique.
Le projet s'inscrit dans l'axe 2 de l'unité, intitulé « Biomolécules d'origine végétale et microbienne : de l'identification à la bioproduction », qui vise à identifier, caractériser et produire des molécules bioactives à partir de sources naturelles. Il mobilisera les expertises de l'unité dans l'extraction, la purification et la caractérisation de polysaccharides (bactériens, végétaux et algaux), et s'appuiera également sur les procédés chimiques, physiques et enzymatiques développés dans l'unité pour obtenir des fractions de faible masse molaire aux propriétés biologiques spécifiques, tant pour la santé humaine que végétale. Par ailleurs, l'intégration de ces molécules, présentant une activité antivirale, dans des hydrogels fera appel également aux compétences de l'unité dans la conception de biomatériaux et à celles des partenaires du projet. Ce positionnement permet de combiner aspects fondamentaux et appliqués, en cohérence avec les objectifs de l'axe. Au-delà de l'application de ces biomolécules produites pour la santé humaine, elles seront mises à disposition des équipes de l'unité dans le cadre d'autres axes stratégiques transversaux, tels que le biocontrôle, pour leur utilisation dans le cadre de la santé des plantes.
Tâche 1 - Extraction des ulvanes par Enzyme Assisted Extraction (EAE)
L'extraction des ulvanes à partir de l'algue verte Ulva australis sera évaluée à l'aide d'enzymes commerciales, chacune jouant un rôle spécifique dans le processus. Un cocktail enzymatique (cellulase, hémicellulases, -amylase, ...) sera utilisé pour fragiliser les parois cellulaires et favoriser l'extraction des ulvanes et de dégrader l'amidon extracellulaire co-extrait. Différents paramètres (ratio enzyme / algue, température, pH, durée) seront optimisés afin de maximiser le rendement d'extraction. Ensuite, une endoprotéase sera ajoutée pour dégrader les protéines. La suspension sera filtrée, puis le filtrat centrifugé. Le surnageant contenant les ulvanes sera concentré par ultrafiltration et précipité à l'alcool. Le précipité sera collecté et lyophilisé, conduisant à l'obtention des ulvanes extraits. Le rendement d'extraction obtenu par voie enzymatique sera comparé à celui issu de la méthode conventionnelle (extraction aqueuse à 80 °C pendant 3 à 4 h). Avant toute étape de dépolymérisation et d'évaluation antivirale, les polysaccharides extraits seront analysés et caractérisés. Ces analyses viseront notamment à déterminer le degré de pureté, en évaluant la présence de protéines, pigments, composés phénoliques et autres impuretés.

Tâche 2 - Dépolymérisation des ulvanes
La dépolymérisation visera à obtenir des fractions homogènes de différents poids moléculaires tout en conservant les substituants sulfates et la composition initiale. La dégradation radicalaire (traitement chimique) sera la méthode principale, tandis que l'ultrasonication (traitement physique) servira de méthode secondaire. Les paramètres influençant la taille des fractions (pH, température, concentration en HO, intensité ultrasonique, durée, concentration en polysaccharides) seront définis à partir de plans expérimentaux préliminaires.

- (i) Optimisation de la dépolymérisation

Les ulvanes seront dissous dans de l'eau distillée (10-20 g/L) et traités dans un réacteur chimique sous agitation, à différentes concentrations de HO et conditions de pH. La dépolymérisation sera suivie par chromatographie d'exclusion stérique couplée à la diffusion de lumière multi-angle (SEC-MALLS) pour évaluer l'effet du pH (2-8), de la concentration en HO (0,1-5 %) et de la température (50 - 80 °C). De manière similaire, les solutions seront soumises à ultrasonication à intensités et durées variées. L'impact du traitement ultrasonique sera également suivi par SEC-MALLS afin d'optimiser les conditions de dégradation. L'un des objectifs du projet est, au-delà de l'obtention de fractions de faible masse molaire, de produire des fractions de type oligosaccharidique. Si les deux méthodes physico-chimiques mises en oeuvre ne permettent pas d'atteindre ce niveau de dépolymérisation, des approches enzymatiques utilisant des enzymes spécifiques produites au laboratoire seront alors employées.

- (ii) Dépolymérisation à grande échelle et préparation des fractions pour l'évaluation antivirale

Après détermination des paramètres optimaux et étude cinétique de la dégradation, les fractions de faible masse molaire (LMw) seront produites à l'échelle du gramme pour les tests antiviraux. Les mélanges réactionnels seront fractionnés par ultrafiltration avec des membranes de coupure de 5 à 30 kDa. Les rétentats et perméats seront collectés selon les seuils moléculaires (> 30 kDa; 10-30 kDa; 10-5 kDa, <5 kDa), lyophilisés et caractérisés.

- (iii) Purification et caractérisation
Les fractions seront purifiées selon les méthodes développées dans nos laboratoires. L'accent sera mis sur les fractions les plus actives afin d'identifier les oligosaccharides présentant une activité antivirale. La purification impliquera des techniques chromatographiques utilisant différentes colonnes préparatives adaptées à la nature et à la structure des oligosaccharides. La caractérisation structurale comprendra des analyses par HPAEC-PAD, HPSEC, SEC-MALLS, PMN et spectroscopie IR, disponibles au laboratoire et/ou sur la plateforme analytique.

Tâche 3 - Optimisation des étapes du process guidée par les tests antiviraux
L'ensemble des travaux d'extraction et de dépolymérisation des polysaccharides sera orienté et ajusté en fonction des résultats des tests antiviraux réalisés par les laboratoires partenaires. Cette approche permettra d'identifier les fractions les plus actives et de guider l'optimisation des paramètres de dépolymérisation, de purification et de fractionnement, afin de maximiser l'activité antivirale des dérivés d'ulvanes produits.