Approches chimique, analytique et génétique pour la caractérisation de solvants eutectiques profonds naturels originaux au sein du genre végétal Bryophyllum/Kalanchoe. (NADESGENE)
FINANCEMENT : IDEX Emergence en recherche 2022-2023. 50 000 €
Les solvants eutectiques profonds naturels, en anglais Natural Deep Eutectic Solvents (NADES) sont formés par la combinaison d’au moins deux ou trois métabolites d’origine naturelle solides à température ambiante mais qui deviennent liquides lorsqu’ils sont mélangés dans certaines proportions. Il s’agit d’un concept récent, évoqué pour la première fois en 2011 (Choi et al., 2011) et dérivant de celui de Deep Eutectic Solvents (DES).
Les NADES sont rencontrés en particulier chez les espèces végétales capables de s’adapter à des conditions climatiques extrêmes (sécheresse, chaleur, froid…) et permettent d’expliquer les fortes teneurs en certains métabolites, bien au-delà de ce qui serait nécessaire pour assumer les tâches de défense et/ou de communication chimique qui leur sont généralement associés (Choi et al., 2011). Ils jouent alors le rôle de solvant dans de nombreux processus physiologiques en complément ou en remplacement de l’eau. Les applications potentielles de ces solvants peu ou pas toxiques sont nombreuses et tendent à se développer fortement dans les domaines de la chimie, de la santé, de la cosmétique et de l’agro-alimentaire entre autres (Liu et al., 2018).
Le genre végétal Kalanchoe/Bryophyllum est inclus dans la famille botanique des Crassulaceae. Les espèces de cette famille possèdent des caractéristiques qui les relient aux plantes succulentes, à savoir que leur métabolisme dit CAM (Crassulacean Acid Metabolism) et leur morphologie leur permettent de limiter les pertes d’eau et ainsi de s’adapter aux milieux arides.
Le pôle Phytochimie, équipe Produits Naturels, Analyse et Synthèse de l’UMR CNRS 8038 CiTCoM (Faculté de Santé, Pharmacie) a récemment identifié lors d’une étude portant sur deux espèces voisines, Bryophyllum pinnatum et Kalanchoe laciniata, la présence de sarmentosine, orthographiée « sarmentosin » en anglais, (glucoside de nitrile, GN – à ne pas confondre avec l’amide homonyme isolée de Piper sarmentosum) en forte proportion dans des extraits hydro-alcooliques. Ce composé normalement solide à température ambiante forme avec le dimalate de kalanchosine (Costa et al., 2006) également solide un mélange liquide de viscosité élevée dans des fractions obtenues lors de purification par chromatographie de partage centrifuge (CPC). Ce comportement est typique des NADES (Dai et al., 2015). Or, les GN n’ont à notre connaissance jamais encore été répertoriés comme composants de NADES, malgré une structure chimique favorable, à savoir une polarité élevée et la présence de nombreux hétéroatomes et insaturations (Fig. 1) permettant d’établir des liaisons hydrogènes, en tant que donneur et accepteur. Par ailleurs, une récente publication des biologistes impliqués dans ce projet illustre le potentiel d’un apport de la génétique à la phytochimie (Camara et al., 2021).
Dans ce contexte, ce projet regroupant l’équipe de phytochimistes citée ci-dessus et une équipe de biologistes moléculaires (équipe B2C, UMR CNRS 8236 LIED, Faculté des Sciences) a pour objectifs :
– de détecter la présence de sarmentosine et d’autres GN au sein de plusieurs espèces du genre Kalanchoe/Bryophyllum et de les quantifier,
– de procéder à l’isolement de ces composés, seuls ou en mélanges sous forme de NADES. Dans le premier cas, les GN seront mélangés à des entités chimiques classiquement rencontrées dans les NADES afin de mettre au point de nouveaux mélanges ; dans la seconde hypothèse, il sera procédé à l’identification des autres métabolites impliqués dans les mélanges liquides.
– d’évaluer la toxicité de ces dérivés, seuls ou en mélanges NADES.
– de démontrer l’efficacité de ces nouveaux NADES comme solvant d’éco-extraction végétale et comme solvant dans le cadre de synthèses chimiques simples, pouvant éventuellement impliquer un ou plusieurs des composants du NADES en tant que réactif(s).
– d’explorer les séquences génétiques de différentes espèces du genre Kalanchoe/Bryophyllum (séquences disponibles dans les bases de données Genbank et à partir de l’ADN d’échantillons végétaux collectés) afin de déterminer les clusters codant pour les enzymes responsables de la biosynthèse des GN.
Camara A, Haddad M, Traore MS, Chapeland-Leclerc F, Ruprich-Robert G, Fourasté I, Balde MA, Parny M, Batigne P, Salon M, Coste A, Balde AM, Aubouy A (2021). Variation in chemical composition and antimalarial activities of two samples of Terminalia albida collected from separate sites in Guinea. BMC Complement. Med. Ther. 21, 64. doi: 10.1186/s12906-021-03231-3.
Choi YH, van Spronsen J, Dai Y, Verberne M, Hollmann F, Arends IWCE, Witkamp G-J, Verpoorte R (2011). Are natural deep eutectic solvents the missing link in understanding cellular metabolism and physiology? Plant Physiol. 156, 1701-1705. doi: 10.1104/pp.111.178426.
Costa SS, Mendes De Souza MDL, Ibrahim T, De Melo GO, De Almeida AP, Guette C, Férézou JP, Koatz VLG (2006). Kalanchosine dimalate, an anti-inflammatory salt from Kalanchoe brasiliensis. J. Nat. Prod. 69, 815-818. doi: 10.1021/np050475.
Dai Y, Witkamp G-J, Verpoorte R, Choi YH (2015). Tailoring properties of natural deep eutectic solvents with water to facilitate their applications. Food Chem. 187, 14-19. doi: 10.1016/j.foodchem.2015.03.123.
Liu Y, Brent Friesen J, McAlpine JB, Lankin DC, Chen S-N, Pauli GF. (2018). Natural deep eutectic solvents: properties, applications, and aerspectives. J. Nat. Prod. 81, 679−690. doi: 10.1021/acs.jnatprod.7b00945.
PERSONNES ET LABORATOIRES IMPLIQUES :
–Phytochimie, analyse et valorisation des NADES : UMR CNRS 8038 CiTCoM (Faculté de Santé, Pharmacie). Raphaël GROUGNET (porteur du projet) et Marina KRITSANIDA.
–Génétique moléculaire : UMR CNRS 8236 LIED (Faculté des Sciences, équipe B2C). Florence CHAPELAND-LECLERC (co-porteur) et Gwenaël RUPRICH-ROBERT.