Cycle de conférences en ligne : Les plantes aussi ont leurs secrets : des métabolites spécialisés

Métabolites spécialisés végétaux : obtention, contrôle et enjeux technologiques et réglementaires associés.

Les métabolites spécialisés végétaux, purifiés ou partiellement isolés, sont indispensables aux activités humaines et trouvent des applications très variées – pharmaceutiques, alimentaires et agroalimentaires, cosmétiques, techniques. Des définitions et des exemples seront proposés, illustrant la multitude des emplois traditionnels ou modernes et les contraintes qui leurs sont associés, et posant la question de la pérennité de la ressource végétale à l’échelle mondiale pour des plantes à métabolites à forte valeur ajoutée.

Les principes des modes d’obtention, d’extraction et d’isolement seront présentés, avec des aperçus des contraintes inhérentes au règne végétal d’une part et de la notion de co-produit d’autre part. Une attention particulière sera portée aux méthodes permettant d’assurer la qualité d’une matière première végétale, d’un extrait ou d’une molécule, dans une perspective physicochimique, ainsi qu’aux différents référentiels employés à cette fin dans les cadres pharmaceutique et commercial. La notion de fraude sera spécifiquement abordée, notamment en termes d’enjeux, voire de défis analytiques.

Parcours professionel

Champy Pierre est Professeur des universités. Affiliation : Laboratoire de Pharmacognosie – Equipe Chimie des Substances Naturelles, UMR CNRS 8076 BioCIS ; UFR Pharmacie, Graduate School Heads, Université Paris-Saclay

Activités scientifiques et administratives

• Membre du conseil d’administration de la SFE (Société Française d’Ethnopharmacologie)
• Membre élu du conseil d’administration de l’AFERP (Association Française pour l’enseignement et la recherche en pharmacognosie) depuis 2017
• Membre du COST MedPlants4Vet
• GDR « Pharmacopées anciennes » MANSA
• Porteur d’un ERASMUS+ avec l’UFHB (Côte d’Ivoire), membre actif d’un ERASMUS+ avec l’université de Douala (Cameroun)
• Président du GT Plantes (Anses)
• Membre du comité permanent de la pharmacopée française « plantes, huiles essentielles » (ANSM)

Thématiques de recherche

• Phytochimie analytique, interface avec la biologie.
• Acétogénines d’Annonaceae et Parkinsonismes.
• Antiparasitaires et antibactériens de la tradition Africaine (Côte d’Ivoire, Cameroun, Ghana).
• Approches déréplicatives (UPLC-HRMS/MS) et métabolomiques : contrôle de matériel végétal.

Utilisations des métabolites spécialisés en protection des plantes

Les plantes possèdent la capacité de se défendre contre les infections en produisant de petites molécules appelées métabolites spécialisés. Cependant, ces composés sont souvent synthétisés en quantité insuffisante et trop lentement pour assurer une protection efficace contre les maladies. Cela soulève une question intéressante : peut-on exploiter ces substances naturelles pour fabriquer des extraits végétaux enrichis, aux propriétés antifongiques, afin de créer des intrants phytosanitaires respectueux de l’environnement ?
Au cours de cette conférence, nous explorerons les différents types de produits de biocontrôle, ainsi que les défis scientifiques et techniques liés à leur utilisation dans la protection durable des cultures.

Parcours professionnel

Arnaud Lanoue est Maître de conférences à l’Université de Tours, il enseigne la mycologie et les biotechnologies végétales à la Faculté de Pharmacie. Ses recherches au laboratoire Biomolécules et Biotechnologies Végétales portent sur la biosynthèse et la valorisation des substances végétales pour la santé des plantes, la cosmétique et la pharmacie.

Résumé

Première source de couleurs chez les végétaux, largement devant les couleurs physiques et les molécules fluorescentes (la bioluminescence quant à elle n’est pas apparue chez les plantes ou a disparu au cours de l’évolution), organisés en une très grande variété de formes, nous nous demanderons à quelles fonctions biologiques participent les pigments des végétaux et comment ont-ils évolué. Nous parcourrons au cours de cet exposé une grande majorité des familles biochimiques de pigments végétaux et nous verrons l’immense diversité de fonctions qu’ils peuvent remplir pour les plantes.

Parcours professionnel

Diplômé du Master Biologie et Systèmes Complexes de l’École Normale Supérieure de Lyon et Agrégé de Sciences de la Vie, de la Terre et de l’Univers en 2016, j’ai soutenu ma thèse en 2021 au Muséum national d’Histoire naturelle. Après des stages de recherche en France et au Japon consacrés aux motifs de couleurs des vers à soie et des oiseaux, j’ai basculé en biologie végétale pour mon doctorat durant lequel j’ai étudié la morphogenèse du pétale de la Nigelle de Damas et les motifs de couleur répétés de Eucaryotes. Depuis, au cours d’enseignements à l’Université de Rennes et de séjours de recherche à l’Université de Tokyo, j’ai étudié la morphogenèse des motifs de couleur d’une Scutellaire (Lamiacée), de la Fritillaire pintade (Liliacées), des amanites et de quelques animaux. Je développe depuis 2025 un projet collégial (Project Morpho) visant à refonder le domaine de la Morphogenèse et à classifier les formes et les processus morphogénétiques, avec des chercheurs du monde entier.

Rôle des flavonoïdes dans la signalisation symbiotique légumineuses-rhizobia

Les flavonoïdes sont des métabolites spécialisés issus de la voie des phénylpropanoïdes. Chez les plantes légumineuses ils sont excrétés par les racines et peuvent agir comme phytoalexines ou molécules de signalisation pour la rhizosphère. La production de ces composés est régulée par la nutrition de la plante. Chaque espèce de légumineuse produit un cocktail différent de flavonoïdes qui peuvent activer de façon spécifique des protéines régulatrices chez les rhizobiums, induisant ainsi la production du facteur Nod nécessaires à la reconnaissance entre la bactérie et son partenaire végétal ainsi qu’à l’initiation de la symbiose. La régulation de la production de ces composés et les mécanismes de reconnaissance entre la bactérie et la plante seront abordés dans cet exposé.

Parcours professionnel

Après une thèse en Microbiologie, et un Postdoc en Allemagne (Max Planck Institute, Cologne), j’ai été rapidement recruté au CNRS comme Chargé de Recherche, dans l’équipe symbiose de Adam Kondorosi à l’Institut des Sciences du Végétal (CNRS, Gif sur Yvette). Mes travaux ont porté sur l’étude du rôle des flavonoïdes lors de la symbiose Medicago-rhizobium, le développement d’outils génétiques chez M. truncatula puis la caractérisation de gènes symbiotiques nécessaires à l’identité de la nodosité et à l’immunité lors de la symbiose.

Les métabolites spécialisés végétaux une source d’inspiration pour la production de cosmétiques

Depuis les premières civilisations, les humains se tournent vers les plantes pour se soigner, se nourrir et se rendre plus beaux. Les plantes produisent une immense diversité de molécules, dont certaines ne participent pas directement à leur croissance mais leur permettent de se défendre, d’attirer les pollinisateurs ou de communiquer avec leur environnement. Ces molécules sont les métabolites spécialisés, autrefois appelés “métabolites secondaires”. Ces molécules présentent des propriétés étonnantes : elles sentent bon, colorent, hydratent, protègent contre l’oxydation, l’inflammation, les microbes… Autant de propriétés recherchées dans les produits cosmétiques.

La demande croissante de ces métabolites et le besoin de les diversifier a poussé à l’exploration d’une plus grande diversité de plantes ainsi qu’au développement et à l’invention de nouveaux procédés pour une production accrue de ces composés. Si la maitrise de la synthèse organique a résolu en partie la demande de production à grande échelle ; le besoin d’un retour à des molécules naturelles a incité d’une part un perfectionnement de nos pratiques culturales mais surtout l’invention de nouveaux procédés dits biotechnologiques pour assurer la production d’actifs naturels.

Cet exposé retrace en partie l’histoire de ces usages et l’évolution des techniques qui permettent aujourd’hui à l’industrie cosmétique de produire des millions de formulations naturelles inspirées du végétal.

Parcours professionnel

Issue d’un doctorat de l’Université Paris-Orsay en physiologie végétale, Nathalie GUIVARC’H a été recrutée en tant que Maitre de conférences à l’université de Tours en 1996. En tant que professeur, elle a dirigé de 2012 à 2025 laboratoire EA2106 Biomolécules et Biotechnologies végétales (BBV) de l’Université de Tours, où elle développe avec son équipe des thématiques de recherche portant sur la connaissance et l’identification de métabolismes spécialisés chez certains végétaux et sur le développement de procédés de biotechnologiques pour la bioproduction de molécules d’intérêt pharmacologique (surtout des anticancéreux), cosmétique (composés phénoliques) ou pour des applications phytosanitaires. Dans ce contexte, elle participe ou dirige plusieurs programmes de recherche partenariaux avec des industriels. Sensibilisée à la protection de l’innovation scientifique, elle a co-fondé en 2005 et co-dirige depuis un master double compétence Biotechnologies et Droit à l’université de Tours. Enfin, membre de plusieurs comités d’expertises scientifiques, dont celui du pôle de compétitivité Cosmetic Valley, et de réseaux régionaux comme Biotechnocentre, Biomédicaments ou encore Cosmétosciences, elle est également coordinatrice du réseau national MétaSP dédié aux métabolismes spécialisés des végétaux.

Vers une bio-industrie des métabolites spécialisés : cultures végétales, avancées technologiques, et ingénierie enzymatique

Les métabolites spécialisés végétaux représentent une ressource stratégique pour la pharmacie, la cosmétique et la chimie fine, mais leur exploitation demeure souvent limitée par la rareté des plantes sources, la complexité des voies biosynthétiques et les contraintes inhérentes aux cultures au champ.

Les cultures de cellules et d’organes végétaux ont émergé à la fin des années 1960 comme outils d’étude et de production de ces substances naturelles, débouchant sur des productions en bioréacteur, particulièrement prisées de nos jours, dans le domaine des ingrédients cosmétiques.

Une nouvelle démarche s’appuyant sur des cultures de végétaux hors-sol (hydroponie, aéroponie) est venue compléter les cultures cellulaires, assurant la collecte répétée de métabolites exsudés par les racines, ou récoltés à partir des parties aériennes, sans destruction de la plante. Plusieurs exemples, issus notamment du développement de procédés de type Plant Milking®, illustrent le potentiel de ces approches pour assurer un approvisionnement durable, maîtrisé et à faible empreinte environnementale.

Plus récemment, des avancées en ingénierie métabolique ont été rendues possibles par la compréhension fine des voies spécialisées permettant ainsi de reprogrammer et d’optimiser leur fonctionnement dans des organismes microbiens. L’identification d’enzymes estérase-lipase végétales de type GDSL constitue un exemple particulièrement éclairant. Ces travaux ouvrent des perspectives pour la synthèse d’acide isochlorogénique à forte valeur santé à partir de l’enzyme IbICS issue de patate douce et produite dans Komagataella pastoris.

À travers ces exemples issus de différentes vagues technologiques, nous chercherons à souligner la continuité nécessaire entre compréhension des voies, choix de la plateforme biologique (cellule, racine, plante entière, microorganisme) et conception de procédés industriels innovants pour la production durable de métabolites spécialisés végétaux.

Parcours professionnel

Frédéric Bourgaud, Prof., PhD., CNRS–Université de Lorraine, Laboratoire des Réactions et Génie des Procédés Directeur Scientifique des jardins botaniques de Nancy.

Professeur de biotechnologies végétales à l’ENSAIA–Université de Lorraine, effectuant ma recherche au Laboratoire des Réactions et Génie des Procédés (CNRS-UL) et directeur scientifique des Jardins botaniques de Nancy, j’ai également dirigé pendant 19 ans la R&D et l’innovation du groupe Plant Advanced Technologies que j’ai co-fondé. Spécialiste des métabolites spécialisés végétaux, je présente​ plus de 95 publications, 7 familles de brevets et un fort engagement entrepreneurial avec la création de plusieurs start-ups. Mon parcours s’inscrit au croisement de la recherche académique, de l’innovation industrielle et de la valorisation des bioressources.