Que sont les microalgues ?

Equipe MMS : Le phytoplancton marin est constitué d’une grande variété de micro-organismes uni- et pluricellulaires procaryotes, les cyanobactéries et les prochlorophytes, et eucaryotes, les microalgues. Les microalgues, et les cyanobactéries, sont des organismes photosynthétiques convertissant l’énergie associée aux photons absorbés par les pigments des membranes photosynthétiques en énergie chimique.

La valorisation de la biomasse micro-algale en alimentation intéresse de plus en plus pour de nombreuses raisons :

• Economiques et environnementales : coût d’extraction des acides gras issus de chair de poisson, diminution des ressources naturelles de poissons, production pouvant ne pas empiéter sur les domaines terrestres cultivables…
• Sanitaires : en tant que premier de la chaîne alimentaire, peu de polluants accumulés tels que les métaux lourds…
• Production : possibilité de culture en conditions naturelles ou artificielles, conditions de culture optimisées pour la production des molécules d’intérêt…
• Composition : potentiel nutritionnel avec des composés bioactifs d’intérêt par exemple des pigments ou encore des lipides dont les acides gras polyinsaturés (AGPI), stabilité de composition en composés biologiquement actifs dans des conditions contrôlées (température, éclairement, éléments nutritifs à disposition, récolte)…

Quelle place ont-elles dans l’alimentation en France ?

Actuellement, les microalgues sont utilisées en alimentation humaine à l’échelle nationale et européenne principalement sous la forme de compléments alimentaires. Dans ces produits, les microalgues peuvent être retrouvées entières ou bien en extrait. En effet, des molécules bioactives peuvent être extraites et purifiées à partir de microalgues, en particulier, les pigments comme l’astaxanthine et la phycocyanine, ou les acides gras oméga-3 comme l’EPA (acide eicosapentaénoïque) et le DHA (acide docosahexaénoïque). En ce qui concerne l’utilisation des microalgues entières, actuellement peu sont autorisées en alimentation humaine. Les plus connues, la chlorelle (Chlorella sp), une algue verte, et la spiruline (Arthrospira sp), une cyanobactérie, sont beaucoup utilisées dans le domaine de la nutrition (1). La chlorelle possède une action détoxifiante sur l’organisme ainsi qu’une action stimulante grâce aux protéines, aux vitamines et aux acides gras qu’elle contient, par stimulation du métabolisme cellulaire. La spiruline est plutôt recherchée pour sa teneur intéressante en phycocyanine, qui est une molécule avec un pouvoir antioxydant très puissant, ce qui lui confère aussi un intérêt particulier pour la défense de l’organisme, notamment lors d’un vieillissement cellulaire. Elle peut être apportée sous forme de compléments alimentaires ou intégrée à des produits de l’industrie agro-alimentaire tels que des pâtes ou des biscuits.

En ce qui concerne les microalgues marines, la diatomée Odontella aurita (voir Figure 1) fait partie des microalgues autorisées en nutrition humaine. Outre les caroténoïdes qu’elle contient, cette microalgue a la particularité d’avoir des teneurs importantes en oméga-3, en particulier l’EPA, mais également en silice grâce à la composition de sa coque.

Figure 1 : Microscopie de la diatomée marine Phaeodactylum tricornutum

D’autres microalgues sont autorisées en alimentation humaine : Dunaliella salina, Haematococcus pluvialis, Aphanizomenon flosaquae var. flosaquae (cyanobactérie) et Tetraselmis chuii.

Quels sont les intérêts nutritionnels des microalgues ?

Les microalgues, utilisées directement à partir de la biomasse lyophilisée, ont l’avantage d’apporter une variété de molécules ayant un intérêt nutritionnel important. Parmi celles-ci, des minéraux, des caroténoïdes, des composés phénoliques, des phycobiliprotéines, des composés stéroliques, des lipides et des polysaccharides. Par exemple, les caroténoïdes permettent de prévenir le stress oxydant cellulaire avec une protection vis-à-vis de la peroxydation des lipides, avec une diminution de la formation de radicaux libres, ainsi que de la modification de certaines protéines et de l’ADN, en agissant sur l’expression de gènes responsables de la synthèse d’enzymes. Les caroténoïdes présentent un potentiel important dans la prévention de certains cancers, des diabètes, de l’inflammation et de maladies cardiovasculaires. Les caroténoïdes possèdent aussi des activités anti-athérogènes, avec une diminution des concentrations de cholestérol et de triglycérides plasmatiques et hépatiques. Le bêta-carotène bloque la formation de radicaux libres d’origine lipidique et diminue la formation des ROS (Reactive Oxygen Species). La fucoxanthine inhibe la croissance de nombreuses lignées cellulaires cancéreuses ainsi que le développement de cancers d’origine chimique chez le modèle souris. De plus, ce caroténoïde permettrait de limiter la prise de poids.

Du côté des minéraux, la spiruline a, par exemple, une teneur importante en fer. Cette caractéristique en fait un aliment d’intérêt pour lutter contre l’anémie dans les pays en voie de développement.

Pour ce qui est des lipides, les microalgues d’origine marine contiennent des quantités intéressantes d’AGPI parmi lesquels EPA, DHA, et acide alpha-linolénique. Ces différents acides gras sont connus pour avoir un rôle préventif dans l’installation de maladies cardiovasculaires.

Quid de la biodisponibilité des nutriments des microalgues ?

La biodisponibilité des nutriments des microalgues reste un des points clé pour justifier de l’intérêt nutritionnel de ces micro-organismes. Prenons comme exemple les caroténoïdes : leur potentiel intéressant vis-à-vis de la prévention de certains troubles métaboliques est cependant réduit par une biodisponibilité relativement faible. En effet, les caroténoïdes sont des molécules hydrophobes qui doivent être solubilisées au cours de la digestion avant d’être absorbées au niveau des cellules épithéliales intestinales. Dans ce cadre, le rôle des lipides d’origine alimentaire est important car ils permettent la dispersion d’émulsions dans le tractus digestif, facilitant ainsi leur absorption.

En ce qui concerne la biodisponibilité des polysaccharides, une seule étude menée sur les microalgues a été répertoriée. Chez la microalgue Porphyridium cruentum, les exo-polysaccharides ne sont pas hydrolysés dans le tractus gastro-intestinal, ce qui rend leur disponibilité quasiment nulle, ou du moins très réduite. En revanche, de nombreux travaux menés sur les polysaccharides produits par les macro-algues, qui ont des structures chimiques similaires à ceux produits par les microalgues, ont pu montrer une biodisponibilité et une activité biologique (2).

Pour ce qui est des lipides, la biodisponibilité des oméga-3 dépend de leurs propriétés physico-chimiques, des effets de la matrice alimentaire et de leur métabolisme après absorption. Les lipides contenus dans les microalgues sont des triglycérides mais aussi des galactolipides et des phospholipides. Les oméga-3 vont se retrouver associés aux galactolipides essentiellement, et aux phospholipides. Les enzymes dégradant les galactolipides et les phospholipides vont libérer les acides gras libres, augmentant ainsi leur biodisponibilité.

L’équipe MMS mène actuellement des études sur les microalgues et la prévention de certaines maladies. Pouvez-vous nous en dire plus ?

Microalgues et prévention des maladies cardiovasculaires

Les pathologies cardiovasculaires constituent la première cause de mortalité dans le monde. Différentes études ont mis en avant la corrélation entre le mode de vie et l’alimentation, et l’apparition de maladies telles que le diabète, l’obésité ou les maladies cardiovasculaires. Ces études ont particulièrement souligné la responsabilité des lipides (cholestérol, acides gras saturés) comme facteurs de risques majeurs. Parallèlement, un intérêt croissant a été porté aux oméga-3 comme agents de prévention, voire dans certains cas, comme agents thérapeutiques pour de nombreuses maladies chroniques. L’importance nutritionnelle et la compréhension des mécanismes biochimiques mis en jeu par ces AGPI au niveau cellulaire ainsi que la recherche de nouvelles voies thérapeutiques ou de prévention représentent actuellement un enjeu de santé publique et scientifique.

Une partie des activités de recherche de l’équipe MMS porte sur la valorisation des microalgues dans la prévention des dyslipidémies et de l’installation du syndrome métabolique. Certains de nos travaux (3) menés chez le rat présentant une dyslipidémie d’origine alimentaire ont pu mettre en exergue le rôle préventif voire protecteur de la microalgue O. aurita, utilisée en tant que complément alimentaire, vis-à-vis des maladies cardiovasculaires. En effet, chez les rats rendus dyslipidémiques par un régime alimentaire hyperlipidique, O. aurita utilisée en tant que complément diminue l’hyperagrégabilité des plaquettes et leur taux de peroxydation, qui représente une cause majeure de thrombose.

De plus, des effets positifs sur la glycémie, les triglycérides et le cholestérol sériques et hépatiques, marqueurs de risque cardio-métabolique, ont également pu être mis en évidence. La diatomée, O. aurita, pourrait ainsi constituer une source d’EPA alternative aux huiles de poissons dans la prévention des maladies cardiovasculaires.

Dans une autre étude (4), nous avons comparé les effets de deux compléments alimentaires riches en AGPI-LC oméga-3 (lyophylisat d’O. aurita et huile de poisson) sur certains facteurs de risque de maladies cardiovasculaires chez le rat rendu dyslipidémique par un régime alimentaire riche en graisses saturées. Les résultats ont montré que la microalgue et l’huile de poisson utilisées en tant que complément alimentaire ont réduit significativement le poids corporel mais aussi les taux de lipides sériques et l’insulinémie.

De plus, O. aurita s’est avérée plus efficace que l’huile de poisson dans la diminution des teneurs en triglycérides hépatiques et dans la prévention de la stéatose hépatique induite par le régime alimentaire riche en graisses. O. aurita et l’huile de poisson ont également réduit l’agrégation plaquettaire et le statut oxydatif induits par un apport élevé en graisses. Le lyophilisat d’O. aurita utilisé en tant que complément alimentaire a montré des effets biologiques similaires, voire supérieurs, à ceux de l’huile de poisson. Cela pourrait s’expliquer par un effet potentiel des AGPI-LC n-3 mais aussi par les effets d’autres composés bioactifs contenus dans la microalgue.

Microalgues et prévention de certains cancers

Les cancers sont la seconde cause de mortalité dans le monde occidental après les maladies cardiovasculaires. L’alimentation semblerait y jouer un rôle prépondérant et serait responsable d’un grand nombre de cancers. Il semble que les microalgues peuvent intervenir dans la prévention de certains cancers mais, à ce jour, aucune étude clinique utilisant des microalgues n’a été réalisée. Cependant, des extraits totaux de microalgues ont pu montrer leur potentialité à induire au niveau de cellules tumorales l’apoptose par la voie dépendante des caspases ou par une voie indépendante dans le cancer de la prostate.

L’utilisation des AGPI au niveau du cancer du sein a été réalisée dans le cadre d’un traitement chez des patients. Il s’avère que le DHA est capable d’avoir une action de sensibilisation des cellules cancéreuses par chimiothérapie ou radiothérapie. Par ailleurs, il a été montré qu’il n’y avait pas de différence entre du DHA issu de poisson ou de microalgues. Il apparaît que le DHA est capable d’induire sur des cellules de cancer du sein hormono-indépendant une diminution de la prolifération et du potentiel invasif, et une augmentation de l’apoptose (5) (voir Figure 2).

Figure 2 : Noyau en apoptose observé par coloration de Hoechst (objectif x100)

Au niveau de l’invasion, des protéines telles que la cytokératine-1 semblent dépendre de l’action du DHA (6). Par ailleurs, des phytostérols peuvent également avoir une action tant au niveau de l’apoptose qu’au niveau de la diminution du potentiel invasif.

Une meilleure connaissance des composés bioactifs de microalgues in vitro et in vivo permettront de mieux évaluer les applications possibles sur une plus grande diversité de cancers.

Quelles sont les perspectives des microalgues en alimentation humaine ?

Afin de pouvoir développer de nouveaux compléments alimentaires à base de nouvelles souches de microalgues, un point crucial est leur non toxicité vis-à-vis de l’homme. Des études développées sur modèles animaux et cellulaires devront être menées pour répondre à cette problématique. Une étude récente menée chez un modèle de souris a permis de montrer que l’utilisation de microalgues telles que Chlorella vulgaris, Nannochloropsis oceanica et Phaeodactylum tricornutum, n’induisait pas de toxicité notable au niveau des tissus cardiaques, hépatiques et rénaux, sur les marqueurs suivis ASAT, cystatine C et troponine 1. La réglementation européenne étant très stricte, d’autres marqueurs devraient être mesurés, marqueurs associés à la génotoxicité, la carcinogénicité, la toxicité prénatale et la toxicité associée aux fonctions de la reproduction.

Le second point est que l’utilisation de la biomasse micro-algale doit être suffisamment stable dans le temps et lors de procédés industriels visant leur incorporation dans des aliments, afin de garder les propriétés nutritionnelles des composés bioactifs qu’elle peut contenir.

Néanmoins, les résultats actuels qui peuvent être trouvés dans la bibliographie scientifique permettent d’être optimiste quant à une utilisation plus grande en alimentation humaine.

Propos recueillis par Doriane LANGLAIS

FOODINNOV NUTRITION

Références bibliographiques :

(1) Enzing C., Ploeg M., Barbosa M., and Sijtsma, L. (2014). Microalgae-based products for the food and feed sector: an outlook for Europe. JRC Scientific and Policy Reports, 1-82.

(2) de Jesus Raposo M.F., de Morais A.M.M.B., and de Morais R.M.S.C. (2015) Bioactivity and Applications of Polysaccharides from Marine Microalgae. In: Ramawat K., Mérillon JM. (eds) Polysaccharides. Springer, Cham.

(3) Neumann U., Derwenskus F., Gille A., Louis S., Schmid-Staiger U., Briviba K., and Bischoff S.C. (2018). Bioavailability and safety of nutrients from the microalgae que Chlorella vulgaris, Nannochloropsis oceanica and Phaeodactylum tricornutum in C57BL/6 mice. Nutrients, 10, 965

(4) A. Haimeur, V. Mimouni, L. Ulmann, A.S. Martineau, H. Messaouri, F. Pineau-Vincent, G. Tremblin, N. Meskini. (2016). Fish oil and microalga omega-3 supplements: a comparative study on cardiovascular risk factors in high-fat fed rats. Lipids, 51, 1037-1049

(5) Blanckaert, V., Ulmann, L., Mimouni, V., Antol, J., Brancquart, L., Chénais, B., 2010. Docosahexaenoic acid intake decreases proliferation, increases apoptosis and decreases the invasive potential of the human breast carcinoma cell line MDA-MB-231. Int. J. Oncol. 36, 737–742.

(6) Blanckaert, V., Kerviel, V., Lépinay, A., Joubert-Durigneux, V., Hondermarck, H., Chénais, B., 2015. Docosahexaenoic acid inhibits the invasion of MDA-MB-231 breast cancer cells through upregulation of cytokeratin-1. Int. J. Oncol. 46, 2649–2655.