Spongiaires Irciniidae De Méditerranée
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UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE AIX-MARSEILLE II ECOLE DOCTORALE SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT Thèse de Doctorat en Océanographie Présentée et soutenue publiquement par Charline ABED Le 25 Novembre 2011 Spongiaires Irciniidae de Méditerranée : chimiotaxonomie, métabolites volatils et bio-indicateurs de pollution par les éléments traces métalliques. Jury : Rapporteurs : AL-MOURABIT Ali DR2 CNRS, ICSN, Gif / Yvette CULIOLI Gérald MC, Université du Sud Toulon - Var Examinateurs : VACELET Jean DR1 CNRS, Centre d’Océanologie de Marseille BITAR Ghazi Professeur, Université Libanaise, Beyrouth, Liban Directeurs de thèse : FERAL Jean-Pierre DR1 CNRS, Centre d’Océanologie de Marseille MEHIRI Mohamed MC, Université de Nice Sophia - Antipolis REMERCIEMENTS Je remercie le Docteur Jean-Pierre Féral, directeur du laboratoire de DIMAR – UMR 6540, du Centre d’Océanologie de Marseille, Université de la Méditerranée, d’avoir accepté de diriger cette thèse. Mes remerciements vont au laboratoire LCMBA (Laboratoire de Chimie des Molécules Bioactives et des Arômes) - UMR 6001, de l’Université de Nice Sophia - Antipolis et à son directeur le Docteur Pierre Vierling pour m’avoir acceuilli tout au long de ma thèse. Je suis très honorée que le Docteur Ali Almourabit, directeur de recherche à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles, Gif / Yvette et le Docteur Gérald Culioli, maître de conférences à l’Université du Sud Toulon - Var, aient accepté de juger ce travail. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma considération et de mes remerciements. Je remercie également le Docteur Jean Vacelet, directeur de recherche au Centre d’Océanologie de Marseille pour ses conseils précieux concernant la taxonomie des espèces et ses remarques pour le manuscrit. Je tiens à remercier le Conseil National de la Recherche Scientifique (CNRS) au Liban de m’avoir attribué une bourse interne pour ma thèse, ainsi que le soutien financier d’EGIDE (Ambassade de France au Liban), de l’Université de Nice Sophia - Antipolis et du CNRS en France qui m’a été accordé par les laboratoires LCMBA et DIMAR. Je remercie également le GDR BioChiMar pour la bourse attribuée à ma participation au « 6th European Conference on Marine Natural Products » à Porto, (Portugal) et qui m’a permis d’exposer une partie de mes résultats. Je remercie tous les membres du programme ECIMAR ANR-Biodiversité, plongeurs et non- plongeurs, qui ont participé à la récolte des échantillons provenant de plusieurs sites de la mer Méditerranée. Mes remerciements au Docteur Philippe Amade, directeur de l’équipe Substances Naturelles Marines au Laboratoire LCMBA de l’Université de Nice Sophia - Antipolis, pour ses précieux conseils et remarques concernant ce travail. J’exprime toute ma gratitude envers les Docteurs Charlotte Hurel, Cécilia Castel et Jean- Jacques Filippi pour leur agréable encadrement au cours de mes expériences au sein de leurs unités de recherche. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance à mon co-directeur de thèse et encadrant, le Docteur Mohamed Mehiri, pour ses conseils et sa disponibilité au quotidien ; son aide et sa confiance m’ont été d’une importance cruciale pour le déroulement de ma thèse. Je lui exprime ma gratitude pour tout le soutien qu’il continue à m’accorder. Je remercie profondément ma sœur pour sa présence, son support moral et ses encouragements me donnaient un énorme élan à chaque fois que j’en avais besoin. Ma plus grande gratitude et mon profond respect à mon père pour son support et ses conseils précieux qui ont été essentiels à ma vie et mes études. Cette thèse a principalement été préparée au sein des trois laboratoires suivants : Laboratoire de Chimie des Molécules Bioactives et des Arômes (LCMBA) UMR 6001 Equipe Substances Naturelles Marines Université de Nice – Sophia Antipolis, UFR Sciences 28 avenue de Valrose, F – 06108 Nice, Cedex 2, France Laboratoire Diversité, Evolution et Ecologie Fonctionnelle Marine (DIMAR) UMR 6540 Centre d’Océanologie de Marseille Rue de la Batterie des Lions, 13007 Marseille, France Centre National des Sciences Marines (CNSM) Conseil National de la Recherche Scientifique (CNRS) – Liban P.O. Box 534, Batroun, Liban RESUME Spongiaires Irciniidae de Méditerranée : chimiotaxonomie, métabolites volatils et bio- indicateurs de pollution par les éléments traces métalliques Le projet de recherche qui m’a été confié concerne l’étude des éponges Irciniidae de Méditerranée : Ircinia oros, I. variabilis, I. dendroides, Sarcotragus spinosulus et S. foetidus ; collectées, dans le cadre du programme ECIMAR (ANR Biodiversité 2006), dans huit différents sites : détroit de Gibraltar (Ceuta - Espagne), bassin nord occidental (Costa Blanca et l’Estartit – Espagne et Banyuls, Marseille et l’île de Corse - France) et le bassin oriental (Crète - Grèce et Liban) . La famille Irciniidae est actuellement constituée de trois genres : Ircinia, Sarcotragus et Psammocinia. La systématique de ces éponges est relativement complexe. Ainsi, le statut de Sarcotragus est considéré comme incertain et la distinction entre certaines espèces d’Ircinia fait encore l’objet de nombreuses discussions. Pour tenter de clarifier ce désordre de la classification biologique, nous avons choisi, dans un premier temps, une étude chimiotaxonomique basée sur la RMN 1H et les analyses multivariées. Par cette approche de métabolomique des différentes espèces, nous avons pu démontrer que les genres Ircinia et Sarcotragus sont caractérisés, d’un point de vue chimique, par des marqueurs chimiotaxonomiques appartenant respectivement à la famille des furanoterpènes et des hydroquinones prénylées. Dans un second temps, nous avons mené une étude comparative des composés volatils présents dans les espèces I. oros, I. variabilis, I. dendroides et S. spinosulus, provenant de trois sites : Marseille, Ceuta et Costa blanca. En effet, des composés volatils comme le diméthylsulfure, le méthylisocyanate et le méthylisothiocyanate, sont présents dans Ircinia felix et ils sont responsables de la forte odeur caractéristique et nauséabonde de cette espèce. L’identité et le rôle écologique potentiel de l’ensemble des volatils sont encore peu étudiés. Plusieurs hypothèses concernant leurs origines ont été proposées (éponge et/ou symbiote) sans toutefois parvenir à une conclusion certaine. De plus, les composés volatils présents dans les éponges Sarcotragus n’ont pas été étudiés, bien qu’elles se distinguent également par une forte odeur. Dans ce cadre, nous avons mis au point un protocole d’étude des composés volatils des spongiaires en utilisant la microextraction SPME de l’espace de tête et l’analyse par CG-SM et/ou CG*CG-MS. Les composés identifiés sont des alcanes, des alcènes, des aldéhydes, des dérivés furaniques et soufrés, issus fort probablement de la dégradation de terpénoïdes par les bactéries associées aux éponges. Enfin, nous avons réalisé une étude comparative de la bioaccumulation d’éléments trace métalliques (ETM) par I. oros, I. variabilis et S. spinosulus, afin d’identifier de potentiels bioindicateurs de pollution par les ETM dont la contamination a considérablement augmenté en Méditerranée pendant ces 20 dernières années. Notre étude a révélé que les différentes espèces semblent bioaccumuler l’arsenic, le chrome, le cuivre, le fer et le plomb, alors qu’elles régulent le cadmium. Mots clefs : Irciniidae, mer Méditerranée, marqueurs chimiotaxonomiques, composés volatiles, SPME, bio-indicateurs. ABSTRACT The Irciniidae marine sponges from the Mediterranean Sea: secondary metabolism, volatile compounds and potential bio-indicators of a heavy metal pollution Marine sponges of the Irciniidae family (I. oros, I. variabilis, I. dendroides, S. spinosulus and S. foetidus) collected during the french ANR program ECIMAR from eight different areas over the Mediterranean Sea: Gibraltar Straits (Ceuta - Spain), North Western basin (Costa Blanca and Estartit – Spain and Banyuls, Marseille and Corsica Island - France, and Monaco) and Eastern basin (Crete - Greece and Lebanon) were studied. We used first a chemotaxonomical approach based on 1H NMR chemical fingerprints and multivariate analysis to better characterize the species. Systematic of the Irciniidae family is still unclear, notably the status of Sarcotragus is viewed as uncertain and the distinction of some Ircinia species remains difficult. To clarify this biological classification disorder, we used a chemosystematics strategy. In the present study, we showed that Ircinia and Sarcotragus genera are chemically characterized by chemotaxonomic markers belonging to furanoterpenes and prenylated hydroquinones families respectively. We report also a comparative GC-MS analysis of the volatile components of S. spinolusus, I. oros, I. variabilis and I. dendroides using static headspace solid phase microextraction (HS- SPME). Sponges of the genus Ircinia were described to exude low-molecular-weight volatile compounds (e.g., dimethyl sulfide, methyl isocyanide, methyl isothiocyanate) that give these sponges a characteristic strong and unpleasant odor. To date, the volatile constituents of sponges of the genus Sarcotragus have not been studied, though their odor is no lighter than the associated genus Ircinia from the same family. The impact of different parameters (e.g., sample weight, fiber coating, extraction time and temperature) was evaluated to determine the best conditions of analysis. The types of compounds identified include alkanes, alkenes, aldehydes, ketones, furans, and sulfides probably produced from bacterial degradation of naturally occurring