Titre de la dissertation: « Evaluation of saponins as biobased fungicides for organic agriculture via a structure-activity approach »

Promoteurs de thèse: Monsieur Pascal Gerbaux et Nicolas Desoignies (HEPH- Condorcet Ath)

Résumé de la dissertation: Au cours des soixante dernières années, la population mondiale est passée de trois à huit milliards d’individus, tandis que l’espérance de vie suivait le même schéma, en passant de 50 ans à 73 ans. Pour répondre aux besoins d’une population grandissante et vivant plus longtemps, les agriculteurs du monde entier n’ont eu d’autre choix que d’augmenter la production annuelle de céréales, légumes, fruits, etc. Cette augmentation a nécessité l’usage massif et souvent non contrôlé d’intrants de synthèse, tels que les pesticides ou les fertilisants, avec tous les effets négatifs sur l’environnement et sur la santé humaine qui sont largement décrits actuellement. Pour réduire ces impacts, les instances européennes se sont accordées sur la nécessité d’une forte diminution du nombre d’autorisations de matières actives de synthèse et mènent des campagnes soutenues de sensibilisation envers des alternatives respectueuses de l’environnement, telles que la lutte raisonnée ou l’agriculture biologique. L’agriculture biologique connaîtrait un développement important si des intrants agricoles efficaces et compatibles avec ce mode d’agriculture devenaient disponibles.Cette thèse de doctorat s’inscrit dans la volonté d’identifier, par une approche scientifique structurée, des pistes de valorisation de la biomasse et, en particulier, des déchets de l’agriculture et de l’élevage. En effet, cette biomasse reste actuellement fortement négligée malgré sa haute teneur en molécules bioactives, telles que les métabolites spécialisés. Au sein des organismes vivants qui les produisent, ces composés remplissent des rôles biologiques essentiels tels que la défense des individus et la reproduction et, plus globalement, les communications inter- et intra-espèces. Parmi ces métabolites spécialisés, les saponines sont abondamment retrouvées et sont connues pour leurs propriétés biocides à différentes échelles, i.e. de la bactérie au poisson, en passant par les champignons.Au cours de cette thèse, quatre sources principales de saponines ont été étudiées, chacune représentant un déchet valorisable, et dont les saponines présentent des spécificités structurales qui leurs sont propres :

• les viscères d’Holothuria scabra, qui est un concombre de mer malgache dont les saponines possèdent une fonction sulfate vecteur de cytotoxicité ;
• la balle de Chenopodium quinoa, une pseudo-céréale abondamment cultivée à travers le monde dont les saponines présentent une topologie dite bidesmosidique ;
• le fruit d’Aesculus hippocastanum, qui est plus connu sous le nom de marronnier d’Inde, dont les saponines présentent des fonctions esters.
• l’étoile de mer Echinaster sepositus, dont les saponines présentent une topologie macrocyclique. Cette dernière source ne représente pas un déchet, mais a été sélectionnée pour la structure particulière de ses saponines, très intéressante dans le cadre de l’étude structure-activité réalisée.

Ce travail de recherche a porté sur l’extraction, la purification et la caractérisation approfondie de ces saponines à l’aide de la spectrométrie de masse, une technique ayant largement fait ses preuves pour la caractérisation d’extraits naturels complexes. Une fois ces extraits caractérisés, ils ont subi divers traitements chimiques – hydrolyse, désulfatation, transestérification – pour produire de nouveaux extraits contenant des saponines modifiées de structures originales. L’objectif de ces réactions chimiques était double : (i) produire des saponines présentant des propriétés différentes dans un contexte de valorisation et (ii) mieux comprendre la relation structure-activité de ces molécules. A ce titre, les deux activités biologiques qui ont été testées étaient (i) l’activité hémolytique en tant que marqueur principal de la cytotoxicité des molécules et (ii) l’activité antifongique contre trois souches pathogènes locales pour éventuellement identifier des pistes de valorisation des saponines des biomasses sélectionnées.