Valorization of Lebanese seaweed extracts and evaluation of their potential antibiofilm activity
Valorisation des extraits d'algues libanaises et évaluation de leur activité antibiofilm potentielle
Résumé
The massive and often uncontrolled use of antibiotics has led to the development of multi-resistant bacterial strains (MDRs) capable of causing infectious diseases that are difficult or even untreatable. In addition, the organization of bacteria into biofilms corresponds to adaptive resistance and is involved in almost 80% of chronic infections. By definition, a biofilm is an aggregation of microorganisms attached to a biotic or abiotic surface and enclosed in an extracellular polymeric matrix (EPS). This sessile lifestyle provides a protective barrier against antimicrobial agents. In this regard, much attention has been paid to the search for anti-biofilm agents able to regulate or even inhibit biofilm formation without interfering with bacterial growth. Natural products represent a valuable source of new molecules, including possible drug candidates. Marine organisms, in particular macroalgae, constitute a reservoir of bioactive compounds with a broad spectrum of biological activities, including insecticidal, antimicrobial and anti-biofilm activities, via different mechanisms. For example, the halogenated furanone isolated from the red alga Delisea pulchra is the first inhibitor molecule of Quorum Sensing, an intercellular communication system playing a major role in the formation of bacterial biofilms. In this context, the objective of this study is to explore the potential of extracts derived from three Lebanese algae: the green alga Ulva lactuca, the brown alga Stypocaulon scoparium and the red alga Pterocladiella capillacea, in terms of anti-biofilm activity against Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus, two opportunistic pathogens responsible for serious infections, particularly in immunocompromised subjects and cystic fibrosis patients. To do that, various complementary approaches (crystal violet staining method, colony-forming unit counts method, epifluorescence microscopic analysis, synergistic activity with conventional antibiotics...) were adopted. Interestingly, results showed the ability of various extracts to present a significant anti-biofilm activity against these two critical bacteria by exhibiting different mechanisms of action. At the same time, the analysis of the chemical composition of extracts was carried out in an attempt to identify compound(s) which could be responsible for their demonstrated activity. On the other hand, in order to evaluate the potentiality of the green alga Ulva lactuca to present an alternative to toxic phytosanitary products, its possible insecticidal activity was studied against the Drosophila melanogaster fruit fly (insect pest and best model for studying the insecticidal activity) by complementary in vivo tests. Results showed an interesting insecticidal activity of its acetonic extract as well as of its purified green pigments. This study provides new insight into the exploration of seaweed as a valuable source of bioactive compounds that can be valorized in the agricultural area as well as in the industrial/pharmaceutical field.
L'utilisation massive et souvent incontrôlée des antibiotiques a conduit au développement de souches bactériennes multi-résistantes (MDR) capables de causer des maladies infectieuses difficiles et même impossibles à traiter. Par ailleurs, l'organisation des bactéries en biofilm correspond à une résistance adaptative et est impliquée dans presque 80% des infections chroniques. Par définition, un biofilm est une agrégation des microorganismes attachée à une surface biotique ou abiotique et enfermée dans une matrice polymérique extracellulaire (EPS). Ce mode de vie sessile assure une barrière de protection contre les agents antimicrobiens. À cet égard, une grande attention a été accordée à la recherche d'agents anti-biofilms dont le rôle est de réguler, voire d'inhiber, la formation de biofilm sans interférer avec la croissance bactérienne. Les produits naturels représentent une source précieuse de nouvelles molécules dont des candidats médicaments. Les organismes marins, en particulier les macroalgues, constituent un réservoir de composés bioactifs ayant un large spectre d'activités biologiques, y compris des activités insecticide, antimicrobienne et antibiofilm, via différents mécanismes. Par exemple, la furanone halogénée isolée de l'algue rouge Delisea pulchra est la première molécule inhibitrice du système de Quorum Sensing, un système de communication intercellulaire jouant un rôle majeur dans la formation des biofilms bactériens. Dans ce contexte, l'objectif de cette étude est d'explorer le potentiel des extraits issus de trois algues Libanaises : l'algue verte Ulva lactuca, l'algue brune Stypocaulon scoparium et l'algue rouge Pterocladiella capillacea, en termes d'activité antibiofilm, contre Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus, deux agents pathogènes opportunistes responsables d'infections graves, notamment chez les sujets immunodéprimés et les patients atteints de mucoviscidose. Pour ce faire, plusieurs approches complémentaires (méthode de marquage au crystal violet, méthode de dénombrement des unités-formant colonies, analyse microscopique à épifluorescence, activité synergique avec des antibiotiques conventionnels...) ont été adoptées. Les résultats ont montré que plusieurs extraits ont une activité antibiofilm intéressante contre ces deux bactéries critiques, avec des mécanismes d'action différents. Parallèlement, l'analyse de la composition chimique des extraits a été menée afin d'identifier le(s) composé(s) qui pourraient être à l'origine de leur activité démontrée. D'autre part, afin d'évaluer la potentialité de l'algue verte Ulva lactuca à présenter une alternative aux produits phytosanitaires toxiques, son activité insecticide a été étudiée contre la mouche de fruit Drosophila melanogaster (insecte ravageur et le meilleure modèle d'étude de l'activité insecticide) par différents tests complémentaires. Les résultats ont montré que l'extrait acétonique ainsi que les pigments verts purifiés présentent la meilleure activité insecticide. Cette étude fournit un nouvel aperçu de l'exploration des algues comme étant une source précieuse de composés bioactifs pouvant être valorisés dans le domaine agricole ainsi que dans le secteur industriel/pharmaceutique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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