Extraction et caractérisation des constituants contenus dans les extraits de Scolymus grandiflorus, Carduncellus pinnatus et Salvia argentea : Evaluation de leurs activités biologiques

Abstract

Avec une superficie supérieure à 2,3 millions de km2, l’Algérie est le plus grand pays du bassin méditerranéen. Il présente une grande biodiversité végétale qui s’élève à plus de 1600 espèces dont une bonne proportion d’espèces endémiques sont menacées. Ainsi, il a été dénombré plus de 600 plantes utiles dont 200 espèces aromatiques et médicinales parmi lesquelles 25% sont des espèces endémiques. Le développement de la résistance aux microorganismes pathogènes et les effets sur la santé et l’environnement ont conduit les chercheurs à développer des méthodes nouvelles et efficaces, considérées comme sûres et respectueuses de l’environnement, pour contrôler les maladies post-récolte et les dommages oxydatifs. L’action antioxydante, qui est l’une des fonctions physiologiques importantes, est censée protéger les organismes vivants contre ces dommages oxydatifs, ce qui entraîne la prévention de diverses maladies. Les substances naturelles extraites des plantes aromatiques apparaissent comme des alternatives pertinentes aux conservateurs alimentaires et produits phytosanitaires synthétiques. La caractérisation des constituants moléculaires des plantes ainsi que la recherche de principes actifs constituent un défi scientifique intéressant à mener. Ce travail doctoral a porté sur l’analyse chimique et biologique des racines de trois plantes médicinales Algérienne Scolymus grandiflorus, Carduncellus pinnatus et Salvia argentea. Ces dernières ont été sélectionnées sur des critères ethnobotaniques, l’utilisation fréquente par la population locale et par rapport au fait que leurs huiles essentielles ou extraits n’ont fait jusqu’alors l’objet d’aucune étude scientifique. Ce projet de thèse avait deux objectifs complémentaires : d’une part, la connaissance, la préservation et la valorisation des espèces végétales de l’Ouest algérien à la suite d’une enquête ethno-pharmacologique, et d’autre part, obtenir des extraits végétaux et des molécules actives destinées à des applications économiquement durables liées à l’industrie agroalimentaire et éventuellement pharmaceutique. Le premier chapitre a été consacré à un aperçu bibliographique des méthodes d’extraction, de fractionnement ainsi que les principales techniques utilisées pour l’analyse et l’identification des constituants des huiles essentielles. 84 Dans le deuxième chapitre, nous avons caractérisé les huiles essentielles des trois espèces à l’aide d’une procédure basée sur la complémentarité des techniques analytiques incluant l’analyse par CPG-Ir et CPG-SM (IE), la chromatographie liquide sur colonne des huiles essentielles afin d’en isoler les composés absents de notre bibliothèque et tenter de les identifier et/ou les confirmer, à l’aide de la RMN mono et bidimensionnelle. La composition chimique des huiles essentielles étant influencée par des facteurs biotiques, abiotiques et génétiques, nous avons effectué des études de variabilité chimique et le suivi de la composition chimique des huiles essentielles des trois espèces étudier au cours du cycle végétatif de la plante. Les investigations chimiques menées sur les huiles essentielles des racines de Scolymus grandiflorus constituent un travail inédit qui a permis de détecter la présence de plusieurs constituants appartenant à la famille des davanoïdes, molécules naturelles qui, à notre connaissance, n’ont jamais été reportées dans le genre Scolymus. Les différentes étapes de fractionnement et de purification réalisées sur l’huile essentielle ont mené à l’isolement de 4 constituants au squelette davanoïde dont les données spectrales étaient absentes de nos bibliothèques. L’étude par RMN du C-13 a abouti à l’identification de la 5,5-diméthylfuranone, la Davanafurane, de la cis-Davanone et de la cis-2-hydroxyDavanone. L’étude a permis de réexaminer les données de RMN du carbone-13 de la cis-Davanone et de la cis-2-hydroxyDavanone et nous décrivons pour la première fois les données de RMN du carbone-13 du cis-Davanol et de la Davana furane. Par ailleurs, l’analyse a également permis de mettre en évidence la très probable présence de trois séries d’isomères pour les trois molécules au squelette davana, par l’observation de spectres de masse très voisins. Au total, 25 composés représentant 93,2% de l’huile essentielle totale ont été repérés et les composés majoritaires sont : la Cis-Davanone (45,3%), le Davanol D1 (6,5%), la 2-hydroxyDavanone (3) (5,3%) et la cis-2-hydroxyDavanone (4) (11,2%). Les sesquiterpènes oxygénés et les composés non terpéniques oxygénés représentent 79,4% et 12,9% respectivement, ce qui fait de l’huile essentielle des racines de S. grandiflorus, une huile essentielle très riche en composés oxygénés. En complément, l’étude statistique de la variabilité intraspécifique de des huiles essentielles de S. grandiflorus a distingué deux groupes d’échantillons se discriminant selon les lieux de récolte. Les huiles essentielles préparées à partir de racines prélevées dans des zones situées à proximité du littoral et soumises à un faible 85 régime de précipitation présentent des proportions en cis-Davanone bien plus élevées (41,3-73,2%) que celles issues de racines prélevées en région montagneuse (19,9-45,3%). Le troisième chapitre présente la première description de la composition chimique de l’huile essentielle des racines de Carduncellus pinnatus. L’analyse CPG-Ir et CPG-SM a montré que l’huile essentielle est dominée par les composés hydrocarbonés qui représentent 74% de la composition totale. Au total, vingt-quatre constituants ont été identifiés, ils représentent 85% de la composition chimique totale. L’huile essentielle est dominée par un hydrocarbure aliphatique, le (Z,Z,Z)-heptadéca-1,8,11,14-tétraène, trivialement dénommé Aplotaxene. Les terpènes sont présents en faible proportion. Enfin, la présence en proportion plus que remarquable de cet hydrocarbure aliphatique peu commun, nous amène à penser que l’Aplotaxène pourrait être utile pour une étude taxonomique du genre dont la classification a fait l’objet de nombreuses controverses. Le quatrième chapitre a été consacré à l’étude de la composition chimique des huiles essentielles des racines de Salvia argentea. L’analyse par CPG-Ir et CPG-SM a clairement signifié la présence de constituants abondants dont les données spectrales étaient absentes de nos bibliothèques de données. Ainsi, en compagnie de l’Abietatriène, les analyses complémentaires intégrant des chromatographies liquides préparatives sur colonne et l’utilisation de la RMN mono et bidimensionnelle ont conduit à l’identification du Labda-7,14-dièn-13-ol, du Ferruginol, le dérivé de Phenaleno[1,9-bc]furane, l’Aethiopinone, la saprothoquinone, la Salvipisone, et de la 12-hydroxysapriparaquinone. Le composé dérivé de Phenaleno[1,9-bc]furane obtenu de la faction hydrocarbonée n’a jamais été décrit dans la littérature. Au total, vingt-sept constituants représentant 94,6% de l’huile essentielle ont été identifiés. Le chapitre cinq a permis d’étudier les activités antioxydante, antibactérienne et antifongique in vitro des trois huiles essentielles. La forte activité antioxydante montrée par les huiles essentielles de S. grandiflorus et S. argentea est attribuable à la présence de composés oxygénés majoritaires. L’évaluation qualitative de l’activité antimicrobienne a montré que toutes les huiles essentielles testées présentaient des effets positifs, en particulier, l’huile essentielle de Salvia argentea a démontré un 86 excellent potentiel. Les huiles de S. grandiflorus et C. pinnatus ont montré une activité modérée vis-à-vis des souches de A. alternata et F. solani. Afin de confirmer la relation composition chimique - activité biologique, il serait intéressant de réaliser des tests biologiques sur chacun des constituants purs. Les résultats de la simulation d’amarrage ont révélé que la cis-Davanone (Ligand 13) a une affinité pour interagir avec l’ADNc, le VEGF et ses récepteurs. Les propriétés ADMET et le graphique BOILED-Egg valident que le composé L13 passe la barrière cérébrale et présente une forte absorption dans les intestins avec une bonne biodisponibilité. Les résultats de cette étude contribuent aux connaissances pharmacologiques et à l’efficacité thérapeutique de la cis-Davanone et peuvent à l’origine du développement de nouveaux médicaments anti-angiogéniques. Les résultats ont montré que l’huile essentielle de S. grandiflorus présentait un pourcentage élevé en Cis-Davanone, Davanol D1 et de cis-2-hydroxyDavanone. Ces molécules peuvent constituer de nouvelles sources d’agents anticancéreux non toxiques. Cependant, une étude expérimentale complémentaire in vitro et / ou in vivo devrait permettre de vérifier les résultats théoriques obtenus in silico.