Étude de la diversité chimique des lichens par LC-MSⁿ : acquisition et optimisation du traitement des données métabolomiques

Study of the chemical diversity of lichens in a metabolomics context : production of appropriate databases, dereplication and prediction of molecules in LC-MSⁿ analyses

• Auteur / Autrice : Damien Olivier-Jimenez
• Direction : Joël Boustie, David Rondeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie moléculaire et macromoléculaire
• Date : Soutenance le 15/01/2021
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Chimiques de Rennes
• Jury : Président / Présidente : Joëlle Quetin-Leclercq
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Wolfender, Carlos Afonso, Marylène Chollet-Krugler
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marion Millot, Samuel Bertrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioinformatique

Métabolomique

Propriétés biochimiques

Lichens

Mots clés libres

Lichens

Métabolomique

LC-MS

Déréplication

Bioinformatique

Chimie des produits naturels

Lichens

Metabolomics

LC-MS

Dereplication

Bioinformatics

Natural products chemistry

Résumé

Les lichens sont des champignons symbiotiques dont la chimie est exploitée par l’Homme depuis l’antiquité. Ils n’ont cependant pas été intégrés aux études de métabolomique récentes ce qui a installé l’idée que les lichens sont pauvres en molécules. 1050 molécules leur sont classiquement attribuées, bien que ce décompte date et qu’il semble éloigné de ce qui pourrait être attendu pour un mode de vie concernant 19 387 espèces. En métabolomique, LC-MS et la déréplication à l’aide de bases de données sont régulièrement usitées pour permettre le profilage des échantillons. Ces bases de données ne sont cependant pas adaptées à l’étude des lichens, qui produisent principalement des molécules qui leur sont uniques. Dans cette optique, plusieurs bases  de données spécifiques  aux lichens ont été créées ici, en utilisant des données de la littérature ainsi qu’en produisant des données spectrales. Des outils ont été créées pour améliorer la déréplication par la prédiction des molécules contenues dans les extraits à partir des ions qu’elles produisent. Tout ceci a été appliqué à l’analyse de 300 échantillons de lichens pour mettre en évidence la diversité chimique de ces champignons à l’aide de techniques modernes. Ceci a permis de prédire quelque 8000 molécules avec des degrés de certitude variables. L’étude détaillée des résultats pour mettre à jour les connaissances sur les lichens reste à faire, mais ceux-ci permettent déjà d’avancer que ces organismes sont à l’origine d’une chimie sous-estimée et qui reste encore à explorer.

Lichens are symbiotic fungi, the chemistry of which has been used by humans since antiquity. They were however not studied with modern tools in metabolomics, which contributed in cementing the idea that lichens have poor chemical diversity. They are traditionally associated with 1050 molecules, although this figure is dated and does not seem to match the number of lichen species (19 387). In the field of metabolomics, LC-MS and dereplication using databases are frequently used for chemical profiling. These databases are nevertheless not adapted to the study of lichens, since they produce unique metabolites. Thus, several specific databases were produced herein, using the literature and pure standards analysed by LC-MS. Additional tools were developed to better the dereplication efficiency by predicting the molecules from the ions detected. These were all applied to the analysis of 300 lichen samples to highlight the chemical diversity of lichens using modern techniques. This resulted in the prediction of 8000 molecules with varying precision. The detailed investigation of the results has yet to be completed, but these already indicate that lichens are host to an underestimated chemical diversity that remains to be explored.