Métabolisme des terpénoïdes chez les caprins

par Mostafa Malecky

Thèse de doctorat en Physiologie de la nutrition animale

Sous la direction de Daniel Sauvant et de Laurent Broudiscou.

Soutenue en 2008

à l'Institut national agronomique Paris-Grignon .

mots clés

• Terpènes
• Techniques in vitro
• Rumen

Résumé

L’objectif principal de cette thèse est d’étudier in vitro et in vivo, le métabolisme de certains terpènes caractéristiques de régimes d’hiver-printemps ingérés par les chèvres laitières dans la région du Basilicate (Italie). Nous avons cherché à quantifier dans une première étape le métabolisme des terpènes en milieu fermentaire in vitro, et de caractériser les facteurs majeurs de variation de leur métabolisme. Nous avons également effectué un essai in vivo sur 4 terpènes particuliers (-pinène, -pinène, p-cymène, et linalool, les terpènes principaux ingérés par les chèvres en Basilicate) dans le but de valider les résultats obtenus in vitro, de caractériser leur devenir dans le rumen, et leur flux au niveau duodénal et sanguin. En parallèle nous avons étudié l’impact de ces terpènes sur le métabolisme ruminal des parois et des protéines, ainsi que leurs effets sur les performances des chèvres laitières. La partie expérimentale est composée de trois séries d’études. Les études méthodologiques, les études de métabolisme des terpènes in vitro et celles in vivo. Les études méthodologiques de mise au point d’une méthode d’extraction et d’analyse (SPME «Solid Phase Microextraction») ont été réalisées afin d’obtenir les conditions optimales pour l’extraction des terpènes en milieu fermentaire et dans la matrice sanguine. Le premier essai in vitro a conduit à une discrimination des terpènes testés en termes de leur disparition dans le jus de rumen, qui a été associée au type chimique du terpène considéré. Les terpènes hydrocarbones ont montré en effet une disparition beaucoup plus marquée par rapport aux terpènes oxygénés. Cette différence tient principalement à leurs différences de propriétés physico-chimiques, qui sépare en partie leur voie métabolique. La disparition de terpènes semble avoir deux causes principales, une intervention biologique d’origine microbienne et une interaction avec la matrice. Une propriété moins toxique et plus hydrophobe semble renforcer le métabolisme (dégradation) microbien et l’intervention de la matrice sur les terpènes hydrate de carbones par rapport à ceux oxygénés. Dans le deuxième essai in vitro, l’effet de trois facteurs de variation, le type d’inoculum (riche en fibre vs. Riche en amidon), le type des bactéries (Gram + vs Gram -, sélectionnées par l’apport d’antibiotique) et le potentiel redox ont été étudiés sur le métabolisme des terpènes en milieu fermentaire. Les résultats obtenus ont montré que l’inoculum riche en fibre, théoriquement favorisant les bactéries cellulolytiques accroît la dégradation apparente de terpènes. L’absence d’un effet de l’ajout de l’antibiotique éliminant des bactéries Gram + a montré que ce sont les bactéries Gram - qui contribuent au métabolisme des terpènes. Enfin, l’augmentation du potentiel redox a augmenté la disparition de certains des terpènes testés, notamment dans l’inoculum riche en amidon. Les résultats obtenus dans les études in vitro concernant le métabolisme des terpènes, ont été confirmé par ceux observés in vivo. Toutefois une disparition supérieure observée in vivo a suggéré l’intervention d’autres facteurs de variation qui peuvent être attribué à l’absorption dans le rumen et une perte causée par rumination et éructation. L’impact de terpènes sur le métabolisme du rumen et la performance des chèvres laitières a été étudié par l’incorporation d’un mélange de quatre terpènes (mentionnées ci-dessus) à deux doses (0. 05 et 0. 5 ml/kg MSI). L’ingestion de terpènes n’a provoqué aucun effet sur le métabolisme ruminal des fibres, et des protéines. Les performances de production des chèvres n’ont pas été affectées par les terpènes; cependant une modification du taux protéique (chute du Taux protéique à dose faible) observée, peut être considérée comme un effet secondaire (effet de dilution) lié à une augmentation numérique de la production du lait à cette dose

Titre traduit

The métabolism of terpenoïdes in dairy goats

Résumé

The main objective of this thesis is to study in vitro and in vivo the metabolism of someterpenes characteristic of winter-spring ration ingested by dairy goats in the region ofBasilicata (Italy). We sought to quantify as the first step, the metabolism of terpenes in thefermentation broth in vitro and to characterize the major variation factors of their metabolism. We also conducted a test in vivo on 4 individual terpenes (-pinene, -pinene, p-cymène andlinalool, the main terpenes ingested by goats in Basilicata), in order to validate the resultsobtained in vitro, to characterize their changes in the rumen, and their duodenal and bloodflow level. In parallel we have studied the impact of these terpenes on ruminal metabolism ofcell walls and protein, as well as their effects on the performance of dairy goats. The experimental part is composed of three sets of studies. The methodological studies,in vitro and in vivo studies of metabolism of terpenes. The methodological optimizationstudies of an extraction and analysis method (SPME "Solid Phase Microextraction") havebeen conducted in order to obtain the optimum conditions for the extraction of terpenes in thefermentation broth and blood matrix. The first in vitro essay led to a discrimination of tested terpene in terms of theirdisappearance in the rumen juice, which has been associated to chemical type of consideredterpene. The hydrocarbons terpenes showed indeed a much greater disappearance comparedto oxygenated ones. This difference is mainly due to differences in their physico-chemicalproperties, which separates in part their metabolic pathway. The disappearance of terpenesappears to have two main causes, biological intervention of microbial origin and interactionwith the matrix. A lower toxic and higher hydrophobic property seems to reinforce themicrobial metabolism and the intervention of the matrix on hydrocarbon terpenes compared tothose oxygenated ones. In the second test in vitro, the effect of three variables, the type of inoculum (rich in cellwalls vs. Rich in starch), the type of bacteria (gramme positive vs gramme negative- selectedby the contribution of antibiotic) and the redox potential were studied on the metabolism ofterpenes in the fermentation broth. The results showed that the inoculum high in cell walls,theoretically supporting cellulolytic bacteria increases the apparent degradation of terpenes. The absence of an effect from the addition of the antibiotic eliminating gramme positivebacteria showed that the gramme negative bacteria are principal responsible, which contributeto the metabolism of terpenes. Finally, the increase in the redox potential increased thedisappearance of some of tested terpenes, especially in the inoculum rich in starch. The results from in vitro studies on the metabolism of terpenes, were confirmed by thoseobserved in vivo. However a higher disappearance observed in vivo suggested theinvolvement of other varying factors that can be attributed to the absorption in the rumen anda loss from rumination and belching. The impact of terpenes on rumen metabolism andperformance of dairy goats was studied by incorporating a mixture of four terpenes(mentioned above) at two doses (0. 05 and 0. 5 ml / kg DMI). Ingestion of terpenes did notproduce any effect on the ruminal metabolism of cell walls, and protein. The productivityperformance goats were not affected by terpenes, but a change in the milk protein content (adrop in protein content at low dose) observed, can be considered as a secondary effect (effectof dilution) linked to a numerically increase in the milk production at this dose level.