Academic literature on the topic 'Métabolomique non-ciblée'

Certains extraits naturels sont très rares et onéreux. La tentation est alors forte pour les producteurs de matières premières ou intermédiaires d’avoir recours à des adultérations. Le mélange avec des extraits issus d’origines botaniques apparentées, d’origines géographiques différentes, l’ajout d’un composé synthétique présent dans l’extrait naturel ou d’un autre extrait végétal, l’utilisation de produits phytosanitaires réglementés, la mise en place de procédés d’extractions non standardisés, en sont quelques exemples. Ces différences de qualité sont de plus en plus difficilement décelables. Cette thèse a pour objet de mettre au point une méthodologie rapide, efficace et non ciblée. Une approche métabolomique en UHPLC-HRMS est développée pour identifier ces défauts ou pratiques frauduleuses pour les absolues destinées au secteur arômes et parfums. Cette mise en évidence est réalisée par la détection de métabolites marqueurs. Les absolues présentent un défi particulier : entre 50 et 95 % de l’extrait peut être constitué de composés non volatils, rarement décrits dans la littérature. La recherche d’authenticité de ces extraits est alors plus complexe que dans le cas d’un extrait volatil tel qu’une huile essentielle, dont la composition peut être plus facilement déterminée par des techniques analytiques éprouvées et l’utilisation de bases de données. Deux plantes emblématiques de la parfumerie ont été étudiées : la violette (Viola odorata) et la rose (Rosa damascena et Rosa centifolia). Des marqueurs d’origine géographique ont été identifiés dans le cas de la violette, et des marqueurs d’origine botanique dans le cas de la rose
Some natural extracts are very scarce and expensive. The temptation is therefore very high for producers or brokers to resort to adulterations. Mixing of extracts from related botanical origins, from different geographical origins, addition of synthetic compounds with natural occurrence in the extract, or addition of another vegetal extract, use of phytosanitary products, non-standardized extraction processes, are some examples. The quality differences are more and more difficult to detect. The objective of this PhD study was to develop a fast, efficient and non-targeted methodology. Metabolomics approach in UHPLC-HRMS was developped to identify defects or fraudulent practices in absolutes used in flavour and fragrances. These identifications are realized by the detection of chemical markers. Absolutes are a great challenge: between 50 and 95 % of the extracts consist of non-volatile compounds; moreover these products are seldom described in literature. The quest for validation for authenticity is then much more complex than in cases of volatile extracts such as essential oils, whose composition can be more easily determined by robust analytical instruments and numerous databases. Two symbolic plants used in perfumery were studied: viola (Viola odorata) and rose (Rosa damascena and Rosa centifolia). Markers of French origin were identified for viola, and markers of R. centifolia were identified for rose. Their characterizations were nevertheless the fundamental limit for this technique being at trace level in the extract. This work demonstrated the performance and limitation of the non-targeted metabolomics approach on absolutes, which are specialties of perfumery

Ces travaux de thèse s’insèrent dans le contexte de la contamination du milieu marin par les contaminants émergents, tels que les produits pharmaceutiques (PP), et de leurs effets sur les organismes marins. L’étude des liens de cause à effet entre l’exposition à un ou plusieurs contaminants et la réponse de la moule méditerranéenne, Mytilus galloprovincialis, a été l’axe central des recherches présentées dans cette thèse. Afin de renseigner les mécanismes d’action et les potentiels effets toxiques des PP, données manquantes dans la littérature, les approches –omiques telles que la métabolomique et la protéomique ont été favorisées. Les effets de l’antiépileptique carbamazépine (CBZ), un PP fréquemment détecté dans le milieu marin, ont dans un premier temps été investigués sur M. galloprovincialis à travers une approche intégrée de la métabolomique et de la protéogénomique. La stratégie de fusion des données appliquée a mis en évidence des signatures protéiques et métaboliques corrélées entre elles en réponse à l’exposition. L’utilisation d’outils bioinformatiques remettant les protéines et métabolites dans leur contexte biologique a ainsi révélé des changements concernant la synthèse des protéines, la dégradation des acides gras, la métabolisation des acides aminés et des glucides, et la programmation de la mort cellulaire. Bien que l’étude des effets d’un seul contaminant soit essentielle pour obtenir des informations d’ordre mécanistique, elle s’éloigne en revanche de la pertinence d’une exposition environnementale, les organismes étant exposés simultanément à une multitude de contaminants. Dans le but d’intégrer cette complexité, les moules M. galloprovincialis ont été exposées à un rejet de station d’épuration (STEP), voie d’entrée principale des PP dans le milieu marin. L’analyse des empreintes métaboliques générées a d’abord été effectuée sur les moules mâles afin d’écarter la variabilité biologique liée au sexe (susceptible de masquer la réponse à l’exposition). Plusieurs voies métaboliques ont ainsi été révélées comme impactées (ex. acides aminés, bases puriques et pyrimidiques, cycle de Krebs, neurohormones, etc.) pouvant perturber plusieurs fonctions et processus biologiques (ex. métabolisme énergétique, système immunitaire, osmorégulation, reproduction, formation du byssus, etc.) et avoir des conséquences néfastes sur l’organisme. En se basant sur la littérature, des hypothèses de relation de cause à effet ont pu être établies entre certains contaminants détectés dans le rejet de STEP (38 PP et 4 pesticides) et les effets observés. A partir de cette même expérimentation, le facteur sexe a ensuite été intégré dans le traitement des données issues des individus mâles/femelles et exposés/non-exposés afin de comprendre le rôle du sexe dans la réponse à l’exposition. Pour cela, l’approche statistique Analyse of variance Multiblock Orthogonal Partial Least Square s’est révélée pertinente pour ce genre de design expérimental multifactoriel. Cette approche a ainsi pu associer la variabilité des données métabolomiques à leur(s) facteur(s) d’origine(s). Une réponse commune entre les deux sexes, reliée au facteur exposition, a été mise en évidence à travers la modulation de plusieurs lysophospholipides induite par un stress oxydant. Tandis qu’une réponse sexe-dépendante, reliée à l’interaction entre les facteurs sexe et exposition, a été décrite suite à une modulation de certains lipides polaires selon le sexe et une perturbation de la voie de la kynurénine uniquement chez les mâles. Ces travaux de thèse ont pu renforcer les connaissances sur les effets d’un PP préoccupant pour l’environnement, la CBZ, exclue de tout cadre réglementaire, ainsi que sur les effets d’une exposition proche des conditions environnementales reconstituées à travers un rejet de STEP. Des approches originales d’investigation des effets et d’analyses des données ont été pertinemment appliquées
This PhD thesis takes place in a context of the contamination of marine environment by emerging contaminants, such as pharmaceutical active compounds (PhAC), and their effects on marine organisms. The study of causal relationships between exposure to one or more contaminants and the response of the Mediterranean mussel, Mytilus galloprovincialis, was the central focus of the research presented in this thesis. In order to provide information on the mechanisms of action and potential toxic effects of PhAC, data lacking in the literature, -omic approaches such as metabolomics and proteomics were applied. The effects of the antiepileptic carbamazepine (CBZ), a PhAC frequently detected in the marine environment, were first investigated on M. galloprovincialis through an integrated approach of metabolomics and proteogenomics. The data fusion strategy applied revealed correlated protein and metabolic signatures in response to exposure. The use of bioinformatics tools that put proteins and metabolites into their biological context thus highlighted changes in protein synthesis, fatty acid degradation, amino acid and carbohydrate metabolism, and cell death programming. Although the study of the effects of a single contaminant is essential to obtain mechanistic information, it is far removed from the relevance of environmental exposure, since organisms are exposed simultaneously to a multitude of contaminants. In order to integrate this complexity, mussels M. galloprovincialis were exposed to a wastewater treatment plant (WWTP) effluent, the main pathway of PhAC into the marine environment. Analysis of the metabolic fingerprints generated was first performed on male mussels to rule out gender-related biological variability (which could hide the response to exposure). Several metabolic pathways were thus revealed to be impacted (e.g. amino acids, purines and pyrimidines, Krebs cycle, neurohormones, etc.) which can disrupt several biological functions and processes (e.g. energy metabolism, immune system, osmorregulation, reproduction, byssal formation, etc.) and have adverse consequences on the organism. Based on the literature, hypotheses of causal relationships have been established between certain contaminants detected in the WWTP effluent (38 PPs and 4 pesticides) and the effects observed. Based on the same experiment, the gender factor was then integrated into the processing of data acquired from male/female and exposed/unexposed individuals in order to understand the role of gender in the response to exposure. To this end, the statistical approach of Analysis of Variance Multiblock Orthogonal Partial Least Square proved to be relevant for this kind of multifactorial experimental design. This approach was thus able to characterize and relate the variability of metabolomics data to its different factors of origin. A common response between the two genders, related to the exposure factor, was demonstrated through the modulation of several lysophospholipids induced by oxidative stress. While a gender-specific response, related to the interaction between gender and exposure factors, has been described following a modulation of certain polar lipids according to gender and a disruption of the kynurenin pathway only in males. This thesis work was able to strengthen knowledge on the effects of a PhAC of concern for the environment, CBZ, excluded from any regulatory framework, as well as on the effects of an exposure close to the environmental conditions reconstituted through a WWTP effluent. Original approaches to effects investigation and data analysis have been pertinently applied

La maladie de la sharka, causée par le Plum pox virus (PPV), est responsable d’importantes pertes économiques chez les Prunus. Toutefois, aucun traitement préventif ou curatif n’est à ce jour disponible et peu de sources de résistance naturelle ont été retrouvées. En France, une approche prophylactique, qui repose essentiellement sur la détection et l’élimination rapide des arbres infectés, a été adoptée afin de réduire la propagation du virus. Néanmoins, certaines contraintes technico-économiques ne permettent pas la détection précoce et efficace du PPV à grande échelle par des méthodes conventionnelles. Le département des Pyrénées Orientales (France) est le plus touché par cette maladie (85% des contaminations). Ces enjeux ont motivé la création du projet Antishark, issu d'une collaboration entre AkiNaO, l'Université de Perpignan Via Domitia, la FDGDON66 et les producteurs locaux. L'objectif du projet consiste à développer une méthode innovante de détection précoce, en ciblant les réponses métaboliques de Prunus persica à un stade précoce de l'infection. Par conséquence, deux études en conditions contrôlées utilisant une approche métabolomique non-ciblée (UHPLC-HRMS) ont été réalisées. Cette approche constitue un outil prometteur pour mettre en évidence les interactions métaboliques entre le PPV et son hôte. Dans une première étude, la réponse métabolique globale à l'infection par le PPV (souches Dideron et Marcus), intégrant les feuilles symptomatiques et asymptomatiques, a permis de discriminer les profils métaboliques provenant de feuilles infectées par le PPV et de feuilles saines. Bien qu’il existe une réponse commune aux deux souches, des différences métaboliques ont également été révélées, mettant en évidence des altérations métaboliques souche-dépendante. De fait, cette observation pourrait amener à terme, la possibilité d’identifier la ou les souches virales responsables d’une infection. De plus, il est possible de discriminer les plants infectés par le PPV (feuilles symptomatiques et asymptomatiques) des plants sains et des plants infectés par un autre virus phytopathogène. Ces observations suggèrent l’existence d’une réponse spécifique potentielle à la maladie de la sharka. L’ensemble de nos résultats corroborent l'hypothèse selon laquelle les arbres asymptomatiques mais infectés par le PPV, pourraient être détectés via les altérations métaboliques provoquées le virus. Par ailleurs, les réponses métaboliques observées sur les feuilles asymptomatiques pourraient être considérées comme des réponses précoces, déclenchées avant l’apparition des symptômes. Dans un deuxième temps, des altérations métaboliques précoces, avant l’apparition des symptômes sharka, ont été confirmées par une étude cinétique et ce, malgré des tests moléculaires négatives (RT-qPCR). Nos résultats indiquent que la détection précoce des plantes infectées par le PPV, en ciblant les réponses métaboliques de Prunus persica, est de facto une stratégie prometteuse. Finalement, des corrélations statistiques entre les deux études ont été retrouvées. Bien que les cultivars présentent des profils métaboliques significativement différents, certaines variables discriminantes sont communes entre les différents cultivars testés (GF-305, nectarine jaune, pêche jaune) et également entre les différents stades d’infection du virus (symptomatique et asymptomatique). Cependant, une co-infection PPV et oïdium observée le long de l’étude cinétique en conditions contrôlées, serait susceptible d’altérer l'impact de l'infection par le PPV. Par conséquent, une nouvelle étude cinétique sans co-infection est en cours pour confirmer ou infirmer ces observations. De plus, l'identification de biomarqueurs liés à la maladie, également en cours, permettrait de mieux comprendre les interactions métaboliques entre la pêche et le PPV. Enfin, d'autres expérimentations en conditions naturelles sont en cours afin d'évaluer la robustesse de nos potentiels biomarqueurs
Sharka disease, caused by Plum pox virus (PPV), is responsible for significant economic losses in Prunus. However, no preventive or curative treatments are currently available and only a few sources of natural resistance have been found. In France, a prophylactic approach has been adopted in an attempt to limit the spread of the PPV, which is essentially based on the rapid detection and removal of infected trees. However, certain technical and economic limitations do not allow the early andeffective detection of PPV on a large scale by conventional methods. The department of Pyrénées Orientales (France) is the most affected by this disease (85% of infections). These issues motivated the creation of the Antishark project, which is the result of a collaboration between AkiNaO, the University of Perpignan Via Domitia, FDGDON66 and local producers. The objective of the project was to develop an innovative method of early detection, targeting the metabolic responses of Prunuspersica at an early stage of the infection. Consequently, two studies under monitored conditions using an untargeted metabolomics approach (UHPLC-HRMS) were carried out. This approach is a promising tool to reveal the metabolic interactions between PPV and its host. In a first study, the global metabolic response to PPV-infection (Dideron and Marcus strains), including symptomatic and asymptomatic leaves, allowed the discrimination of metabolic profiles from PPV-infected and healthy leaves. Although there was a common response between the two strains, metabolic differences were also revealed, notably highlighting strain-specific metabolic alterations. In fact, this novel result could eventually lead to the possibility of identifying the viral strain(s) responsible for the infection. Furthermore, it was possible to discriminate PPV-infected plants (symptomatic and asymptomatic leaves) from healthy plants and from plants infected by another plant pathogenic virus. These observations suggest the existence of a potential specific response to the sharka disease. Based on all these findings, the hypothesis that asymptomatic PPVinfected trees could be detected through virus-induced metabolic alterations is supported.Furthermore, the metabolic responses collected from asymptomatic leaves could be considered as early responses to PPV-infection, i.e., before the appearance of symptoms. In a second step, early metabolic alterations, before the appearance of sharka symptoms, were confirmed by a kinetic study, despite negative molecular tests (RT-qPCR). Our results indicate that early detection of PPVinfected plants by targeting metabolic responses in Prunus persica was a promising strategy. Finally,statistical correlations between the two studies were found. Although the cultivars showed significantly different metabolic profiles, some discriminant features were common between the different cultivars tested (GF-305, yellow nectarine, yellow peach) and also between the different stages of the virus infection (symptomatic and asymptomatic). Nevertheless, a co-infection of PPV and powdery mildew observed during the kinetic experiment under monitored conditions could alter the impact of PPV-infection. Consequently, a new kinetic study without co-infection, is ongoing to confirm or refute these first observations. In addition, the identification of biomarkers related to the sharka disease, also in progress, would provide a betterunderstanding of the metabolic interactions between peach and PPV. Finally, other experiments under natural conditions are underway to evaluate the robustness of our potential biomarkers