Développement d'hydrolysats pour l'alimentation des animaux d'aquaculture : caractérisation moléculaire et fonctionnelle

Molecular characterization and in vivo performances of two by-product hydrolysates

• Auteur / Autrice : Marie Robert
• Direction : Joël Henry, Céline Zatylny-Gaudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspect moléculaire et cellulaire de la biologie
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Caen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des organismes et écosystèmes aquatiques (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Sourdaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Henry, Céline Zatylny-Gaudin, Pascal Sourdaine, Vianney Pichereau, Sandrine Skiba, Jean-Yves Toullec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vianney Pichereau, Sandrine Skiba

Mots clés

Mots clés contrôlés

Absorption intestinale

Bar commun

Animaux -- Alimentation

Protéines -- Composition chimique

Peptides

Hydrolysats de protéines

Aquaculture

Résumé

L’aquaculture est un secteur en pleine extension et produit aujourd’hui la moitié des produits aquatiques destinés à la consommation humaine. Elle constitue ainsi un secteur clé pour le maintien et l’amélioration de la sécurité alimentaire dans le monde. Cependant sa croissance rapide a déjà un impact important sur l’environnement, notamment sur les stocks de poissons sauvages dont elle dépend pour la fabrication des aliments aquacoles. Dans ce contexte, l’alimentation destinée aux poissons d’élevage a considérablement évolué et a dû s’adapter aux nombreuses contraintes économiques et environnementales. L’utilisation des farines de poisson pour la formulation des aliments a particulièrement diminué au profit des farines d’origine végétale. Néanmoins, ces dernières sont moins adaptées aux besoins nutritionnels des poissons et engendrent une baisse des performances de croissance des animaux. Les hydrolysats protéiques issus des co-produits de la pêche et de l’aquaculture sont des ingrédients à fort potentiel nutritionnel et bioactif développés pour restaurer les performances de croissance obtenues avec des aliments à haute teneur en farine d’origine végétale. Ces derniers sont des mélanges complexes riches en peptides hydrolytiques et en acides aminés libres mais dont la composition est peu connue. Une approche expérimentale a été développée pour caractériser la fraction peptidique de deux hydrolysats de co-produits. Cette dernière est basée sur une approche transcriptomique permettant d’obtenir des données transcriptomiques ciblées sur les co-produits d’intérêt, associée à une approche peptidomique. En associant l’optimisation des étapes de fractionnement et la complémentarité de deux techniques de spectrométrie, il a été possible d’aboutir à l’identification de plus de 1000 peptides dans chacun de ces mélanges complexes. En parallèle, des expériences de conditionnement alimentaire menées chez le bar commun, Dicentrarchus labrax, ont permis de mettre en évidence des propriétés nutritionnelles au moins équivalentes et souvent supérieures à celles des farines de poisson chez les bars maintenus en élevage. En effet, l’inclusion de 5% de l’un ou l’autre des deux hydrolysats étudiés dans des aliments contenant 95% de farine d’origine végétale permet de maintenir des performances de croissance équivalente à celles obtenues avec des aliments contenant 80% de farine d’origine végétale et 20% de farine de poisson. Les hydrolysats agissent par ailleurs sur la physiologie digestive du bar commun comme le montrent les profils d’expression des biomarqueurs de l’absorption intestinale suivis dans cette étude. Enfin, les deux hydrolysats possèdent une activité antibactérienne in vitro et l’hydrolysat de Tilapia stimule le système immunitaire du bar commun. Ces résultats démontrent l’intérêt de l’utilisation de ces deux hydrolysats en aquaculture en complément ou en remplacement des farines de poisson.

Global production of farmed fish and shrimp has grown dramatically over the past decades and now contributes to half of the aquatic products intended for human consumption. Aquaculture is a key sector for the maintenance and improvement of food security worldwide. However, its rapid growth has a significant impact on the environment, particularly on the stocks of wild fish used to produce aqua feed. In this context, aqua feed has dramatically evolved and has been adapted to many economic and environmental constraints. The use of fishmeal has particularly declined in favor of plant protein sources. But plant proteins are less adapted to the nutritional needs of fish and result in lower growth performances. Protein hydrolysates from fishing and aquaculture by-products are ingredients of high nutritional and bioactive potential developed to restore growth performances in high-level plant protein diets. They are rich in hydrolytic peptides and free amino acids, but they are complex mixtures whose composition is not well known. We developed an experimental approach to characterize the peptide fraction of two by-product hydrolysates based on two complementary approaches: a transcriptomics approach aimed at getting transcriptomics data about the targeted by-products, and a peptidomics approach. The peptidomics approach combined the optimization of fractionation steps and two complementary mass spectrometry techniques. Thus we identified more than 1,000 peptides in the two by-product hydrolysates. Furthermore, diet conditioning experiments conducted in sea bass, Dicentrarchus labrax, highlighted their interesting nutritional properties to maintain growth performances of farmed fish. Indeed, dietary inclusion of 5\% of these hydrolysates in a high-level plant protein diet (95%) maintained growth performances at similar levels to those obtained with diets containing 80% of plant protein. In addition, we demonstrated an influence of these by-product hydrolysates on the digestive physiology of sea bass, as shown by biomarker expression in the intestinal absorption profiles observed in the study. Finally, our work shows that (i) both hydrolysates possess in vitro antibacterial activity and (ii) tilapia hydrolysate stimulates the immune system of sea bass. These results demonstrate the interest of using these two hydrolysates in aquaculture in addition to or instead of fishmeal.