Caractérisation chimique des bryophytes de Corse et propriétés biologiques

Chemical characterization of Corsican bryophytes and biological properties

• Auteur / Autrice : Anaïs Pannequin
• Direction : Alain Muselli, Jean Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Corte
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnement et sociéte (Corte ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université de Corse (1975-....). UMR CNRS 6134 "Sciences pour l'Environnement" (SPE)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Costa, Sophie Tomasi, Nicolas Baldovini, Aura Monica Tintaru
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sophie Tomasi, Nicolas Baldovini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Corse (France)

Huiles essentielles

Agents anti-infectieux

Bryophytes

Mots clés libres

Bryophytes

CPG-DIF

CPG/MS

Huiles essentielles

Activité antimicrobienne

Activité antiparasitaire

Bryophyte

CPG-FID

CPG/MS

Essential oil

Antimicrobial activity

Antiparasitic activity

Résumé

Les bryophytes sont des végétaux méconnus aux propriétés biologiques remarquables. Leur importante résistance face aux bactéries, virus, champignons ou encore herbivores en font des substrats particulièrement intéressants pour la recherche phytochimique. Pourtant, seuls 10 % d'entre elles ont été étudiées et déjà plus d'une centaine de molécules nouvelles avec parfois des activités biologiques remarquables ont été recensées. En Corse, aucune des 574 espèces n'avait encore été étudiées.Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous nous sommes intéressés aux métabolites volatils des bryophytes de Corse et plus particulièrement à quatre hépatiques : Scapania undulata, Frullania tamarisci, Conocephalum conicum et Plagiochila porelloïdes. Le but de notre étude était d'initier les premières caractérisations chimiques des bryophytes insulaires. Afin d'avoir une vision élargie de leurs métabolites volatils, nous avons réalisé : des hydrodistillations permettant d'obtenir l'huile essentielle et l'hydrolat de chacune, des extractions à l'oxyde de diéthyle ainsi que l'analyse par SPME de leurs fractions volatiles. Toutes ces matrices ont été étudiées par CPG-DIF et CPG/MS-IE en routine puis, lorsque cela était nécessaire, nous avons procédé à des analyses complémentaires sur l'huile essentielle et/ou l'extrait incluant des fractionnements successifs, des expériences de RMN et des hémisynthèses.Les quatre espèces étudiées présentent des profils chimiques très différents marqués par des métabolites aux structures complexes et peu communes.Chez S. undulata, nous avons principalement relevé des constituants de type cadinane et muurolane comme l'épi-cubénol qui est majoritaire quelle que soit la matrice mais aussi le τ-muurolol et plusieurs cadinènes. F. tamarisci, est dominée par des pacifigorgianes dont le tamariscol, un sesquiterpène alcool caractéristique de l'espèce ou encore le pacifigorgiol, identifié pour la première fois chez cette espèce. Parmi ses métabolites, plusieurs lactones sesquiterpéniques ont été repérées (12,2 à 32,2 % dans l'huile essentielle), dont la γ-dihydrocyclocostunolide que nous décrivons pour la première fois en tant que substance naturelle.Les métabolites volatils de l'espèce C. conicum sont principalement des monoterpènes de type thujane, avec le sabinène comme composé majoritaire mais aussi plusieurs brasilanes dont le conocéphalénol, caractéristique de l'espèce. Le travail a été l’occasion d’observer l’instabilité chimique de ce composé dans CDCl3, le solvant d'analyse classiquement utilisé pour les analyses RMN. L’étude de cette dégradation à la cinétique rapide a permis de décrire pour la première fois le brasila-1(9),5-diène.Bien que l'huile essentielle et l'extrait n'aient été caractérisés que partiellement (63,0 à 76,8 % et 68,2 à 80,1 % respectivement), les travaux réalisés sur l'espèce P. porelloïdes ont permis d’identifier trois nouveaux alcools sesquiterpéniques dont deux de type humbertiane, les isomères E/Z du p-menth-1-èn-3-[2-méthylbut-1-ènyl]-8-ol et un acyclique, le (3,7,11)-triméthyl-dodéc-4E,6E,10-atrièn-3-ol.De plus, l'évaluation de leurs propriétés antimicrobienne, allélopathique, cytotoxique et antiparasitaire ont permis d'identifier plusieurs candidats prometteurs qu’il convient de soumettre à des analyses par bioguidage. Par exemples, l'huile essentielle de F. tamarisci est capable de restaurer et amplifier jusqu’à 64 fois l'activité d'un antibiotique sur une bactérie multi résistante surexprimant les pompes d'efflux et l'huile essentielle de P. porelloïdes présente une activité antiparasitaire et cytotoxique remarquable.

Bryophytes are unknown plants with remarkable biological properties. Their high resistance against bacteria, viruses, fungi or herbivores make them particularly interesting substrates for phytochemical research. However, only 10% of them have been studied and already more than a hundred new molecules with sometimes remarkable biological activities have been identified. In Corsica, none of the 574 species had yet been studied.As part of this thesis, we studied the volatile metabolites of bryophytes from Corsica and more particularly to four liverworts: Scapania undulata, Frullania tamarisci, Conocephalum conicum and Plagiochila porelloïdes. The purpose of our study was to initiate the first chemical characterizations of island bryophytes. In order to have an enlarged vision of their volatile metabolites, we realized: hydrodistillations allowing to obtain the essential oil and the hydrosol of each one, the extractions with diethyl oxide as well as the analysis by SPME of their volatile fraction. All these matrices were studied by CPG-FID and CPG/MS-EI in routine then, when it was necessary, we carried out complementary analyzes on the essential oil and / or the extract including successive fractionations, experiments NMR and semisynthesis.The four species studied showed very different and especially original chemical profiles. In S. undulata, we mainly found cadinane and muurolane-type constituents such as epi-cubenol, which is predominant regardless of the matrix but also τ-muurolol and several cadinenes. F. tamarisci, is dominated by pacifigorgianes including tamariscol, a sesquiterpene alcohol characteristic of the species. Among its metabolites, several sesquiterpenes are atypical lactones characteristic of the genus (12.2 to 32.2% in the essential oil). For the first time in this species, complementary analyzes have identified several compounds, such as pacifigorgiol. But above all, they made it possible to propose, for the first time, the structure of γ-dihydrocyclocostunolide. The volatile metabolites C. conicum species are mainly monoterpenes of thujane type, with sabinene as the major compound but also several brasilanes including conocephalenol, characteristic of the species. However we have observed the chemical instability of this compound in CDCl3, the analytical solvent conventionally used for NMR analyzes. The study of this degradation with rapid kinetics made it possible to describe for the first time the brasila-1(9),5-diene. Finally, we presented our first results concerning P. porelloïdes. Although the essential oil and the extract were only partially characterized (63.0 to 76.8% and 68.2 to 80.1%, respectively), we were able to identify three new sesquiterpene alcohols, two of which humbertian type, the E / Z isomers of p-menth-1-en-3-[2-methylbut-1-enyl]-8-ol and an acyclic, (3,7,11)-trimethyl-dodec-4E,6E,10-atrien-3-ol.In addition, the evaluation of their antimicrobial, allelopathic, cytotoxic and antiparasitic properties allowed us to identify several promising candidates that should be subjected to bioguidance analyzes. For example, the essential oil of F. tamarisci is capable of restoring and amplifying up to 64 times the activity of an antibiotic on a multi-resistant bacterium overexpressing the efflux pumps and the essential oil of P. porelloïdes present a remarkable and selective antiparasitic and cytotoxic activity.