Les polysaccharides marins – un univers encore plein de surprises

Les polysaccharides marins représentent la biomasse marine la plus abondante et la plus diverse. Ces molécules naturelles sont des polymères de sucres. Ils sont produits par les organismes photosynthétiques comme les algues, les micro-algues ou les cyanobactéries. Ils constituent aussi une source d’aliment pour des organismes hétérotrophes  comme les bactéries.

A l’exception des glycoaminoglycanes (héparine, chondroïtine), les polysaccharides terrestres ne portent généralement pas de groupements sulfate à la différence des polysaccharides marins. La sulfatation des polysaccharides est considérée comme une adaptation au milieu marin et représente un marqueur de l’origine marine. Les polysaccharides marins sont également très appréciés en industrie pour leurs propriétés physico-chimiques (e.g. agars, carraghénanes, alginates) ou dans des domaines comme la cosmétique ou les compléments alimentaires.

Mais malgré leur rôle dans l’environnement marin, leur importance économique et leurs potentielles applications, l’ampleur de la diversité structurale des polysaccharides marins est loin d’être connue.

Des avancées rapides grâce à la génomique

Au cours des deux dernières décennies, le séquençage massif des génomes et des métagénomes marins a produit un déluge de séquence de gènes. Cependant, à la différence des programmes de génomique terrestres, la proportion de familles de protéines inconnues est plus importante chez les organismes marins parce que les océans ont été, de loin, moins étudiés.

Il est donc nécessaire de caractériser les gènes/protéines pour interpréter les données génomiques et métagénomiques marines. Ceci afin de comprendre les mécanismes fondamentaux du milieu marins tels que les interactions entre organismes, ou l’adaptation des populations aux changements d’environnements, etc.

Récemment, il a également été montré que des enzymes impliquées dans la dégradation d’au moins deux polysaccharides marins : le porphyrane et le cladophorane, étaient présentes dans la flore intestinale humaine.

Mais qu’est-ce qu’un PUL et à quoi servent-ils ?

La dégradation des polysaccharides marins par des bactéries nécessite l’action concertée d’un cocktail d’enzymes spécifiques (GH: glycoside hydrolases, PL: polysaccharides lyases, sulfatases,…).

Dans certaines bactéries, les Bacteroidetes, les gènes impliqués dans la dégradation des polysaccharides sont regroupés et co-régulés dans de nombreux « Polysaccharides Utilization Loci » (PULs). Par ailleurs, chaque PUL est dédié à un type de polysaccharides spécifique. De nombreux PULs marins comprenant des GHs, des PLs et des sulfatases sont prédits dans de nombreux Bacteroidetes marins, mais aussi dans des Bacteroidetes du microbiote intestinal humain. Mais on ne connait pas la fonction et la spécificité de la plupart de ces PULs marins.

L’objectif du projet PULmarin

Les partenaires du projet (AFMB, Cermav) ont systématiquement recherché les PULs a priori marins dans les banques de données comme cela a déjà été réalisé pour les PULs de 70 Bacteroidetes du microbiome humain (www.cazy.org/PULDB). Ils ont sélectionné une cinquantaine de PULs de Bacteroidetes marins et du microbiome humain ce qui représente plusieurs centaines de gènes codant pour des GHs/PLs, des sulfatases et des protéines de fonctions inconnues. Tous ces gènes ont été produits pour être surexprimées et testés.

En parallèle le CEVA s’est attelé à l’extraction et à l’analyse de plusieurs dizaines de polysaccharides marins, issus d’espèces disponibles, exploitées ou non à l’heure actuelle, afin d’isoler des polysaccharides de structures variées et originales. Ces polysaccharides, complétant les échantillothèques du CERMAV, permettront de cribler les enzymes afin d’identifier leurs activités.

A la fin du projet, nous aurons attribué la fonction à des PULs d’origine marine et du microbiome humain ce qui permettra de mieux interpréter les résultats de génomique marine et d’accroître notre compréhension des capacités du microbiote digestif humain.

Ces enzymes présentent aussi des intérêts pour la production biotechnologique de nouvelles molécules d’intérêt à partir des polysaccharides marins (actifs cosmétiques, molécules bioactives, …).

Partenaires et financeurs

Le projet PULMarin (2018-2021) est co-financé par l’Agence Nationale de la Recherche (Projet-ANR-17-CE20-0032) et le Conseil Régional de Bretagne.

Il associe le CEVA, Le CERMAV (Centre de recherches sur les macromolécules végétales – porteur du projet) et le Laboratoire AFMB  de Marseille (Architecture et Fonction des Macromolécules Biologiques).