La nanomédecine représente le champ d'application des nanotechnologies, et plus particulièrement des nanoparticules, à la médecine. Ce nouveau domaine est très prometteur notamment en ce qui concerne la détection et le traitement de pathologies d'origine infectieuse, génétique ou cancéreuse. Nous avons développé de nouvelles nanoparticules biocompatibles et évalué leur potentiel en tant que nanocargos d'agents thérapeutiques ou diagnostiques grâce à l'imagerie de fluorescence in vivo. Ces particules sont des nano-émulsions de type huile dans eau, de quelques dizaines de nanomètres de diamètre, stabilisées par une couche de surfactants composée de phospholipides et d'agents de furtivité. L'encapsulation dans le cœur des nanoparticules de fluorophores organiques absorbant et émettant dans les longueurs d'onde compatibles avec les dispositifs d'imagerie de fluorescence permet de suivre leur biodistribution après injection dans des souris Nude. Ces nano-émulsions furtives et fluorescentes peuvent également être fonctionnalisées sur leur surface par des ligands de ciblage actifs tels que le peptide cRGD. De telles nano-émulsions fonctionnalisées montrent in vitro une adhésion spécifique avec les cellules exprimant l'intégrine αvβ3, un biomarqueur de l'angiogénèse. L'accumulation, passive et/ou active médiée par les cRGD, des particules au sein de différents modèles de tumeurs sous-cutanées implantés chez la souris Nude, est observée par imagerie de fluorescence non invasive.

L'étude des propriétés de diffusion moléculaire d'un dopant dans une phase lamellaire orientée nous permet de mettre en évidence les caractéristiques de diffusion dans un milieux fortement anisotrope. En particulier, la variation continue de la dilution du système montre l'existence de deux régimes : un régime dilué où les molécules diffusent comme dans un solvant et un nouveau régime, très confiné, dans lequel les molécules diffusent comme des dopants membranaires. Le développement d'un modèle prenant en compte la fluidité des membranes nous permet d'interpréter ces résultats dans la majorité des cas et révèle l'importance de l'anisotropie des diffuseurs. Dans la seconde partie, nous nous intéressons à l'étude du mécanisme microscopique mis en jeu dans la transition smectique - cholestérique dans les cristaux liquides lyotropes. En utilisant un système déjà connu au laboratoire (DMPC/C12E5/H2O), nous validons expérimentalement le scénario de transition par débouclage de boucles de dislocations proposé théoriquement depuis plusieurs années. Nous proposons ainsi un système expérimental de choix pour l'étude de ce genre de transition, prédites dans différents domaines de la physique de la matière condensée. La visualisation directe des défauts, la mise en évidence de leur structure en boucle, l'observation de leur différentes organisations nous permet également de proposer l'existence de nouvelles phases dans le domaine des cristaux liquides lyotropes (smectique biaxe et phase TGB).

Le développement important des biocapteurs pour des applications médicales entraînent, depuis ces dernières années, à envisager d'autres façons de construire des plans d'expérience. Ainsi, les travaux ici présentés tentent de répondre à une problématique originale consistant à détecter des événements ayant une faible probabilité de se produire selon deux approches "antagonistes" ; d'une part, le criblage pharmaceutique de molécules chimiques et d'autre part, la détection de toxines à usage bioterroriste. Alternativement, ce sont les sondes et les cibles qui présentent une activité inconnue vis-à-vis de leur partenaire. Pour y répondre, nous avons envisagé la combinaison de la technique d'imagerie par résonance plasmonique de surface (SPRi) et l'utilisation de biopuces. L'immobilisation de composés chimiques issus de la chimie combinatoire est effectuée selon une conception préalable des molécules afin qu'elles soient compatibles en vue d'une immobilisation dans un polymère fin de polypyrrole. Appliquée à la recherche de nouvelles molécules interagissant avec l'ARN polymérase bactérienne, enzyme cible pour l'élaboration de molécules à activité antibiotique, ce procédé a permis d'isoler plusieurs molécules appartenant à la famille des hydantoïnes et des quinazoline-2,4-diones capables de réagir avec la cible pharmacologique choisie. Une miniaturisation des procédés de fabrication ouvre la voie vers une augmentation des débits de criblage de ce type de méthode. Dans le cadre de la détection de toxines, la chaîne B de la ricine a été prise pour modèle d'étude. Afin de surmonter les limitations de la technique par SPRi, un protocole d'amplification du signal a été mis au point. Celui-ci a permis de déceler jusqu'à 10 pM en analyte, c'est-à-dire une sensibilité comparable aux autres méthodes de transduction. Grâce à cette stratégie analytique multi-étape, une gamme dynamique de 3 ordres de grandeur a été établie. Une extension de cette approche analytique pourra à court terme amener à doser simultanément plusieurs toxines.

Les basophiles sont les granulocytes les plus rares. Ils sont impliqués dans la polarisation des réponses immunitaires de type Th2, dans la différenciation des lymphocytes B et dans la protection contre les infections helminthiques. Les basophiles sont impliqués dans la modulation des réponses immunitaires, en particulier dans les maladies auto-immunes et inflammatoires. Des études récentes ont montré que les basophiles murins sont cellules présentatrices d'antigène (CPA) et induisent des réponses Th2 et IgE contre les allergènes et les infections helminthiques.Par conséquent, Nous avons exploré les fonctions des basophiles humains, en particulier comme CPA professionnelles. Les résultats montrent que les basophiles, contrairement aux cellules dendritiques et monocytes, n'expriment pas HLA-DR et les marqueurs de co-stimulations CD80 et CD86. De plus, la stimulation des basophiles par divers allergènes, comme des ligands de TLR et IgE, n'induit pas des changements dans l'expression de ces marqueurs. Enfin, nos résultats montrent que les basophiles ne favorise pas les réponses immunitaire de type Th2 ou Th17. Ainsi,notre étude montre que les basophiles humains circulant ne possèdent pas des fonctions de CPA professionnelles. Des plus, les basophiles sont impliqués dans la pathogenèse de maladies auto-immunes et inflammatoires dépendantes des réponses Th2 et médiées par les lymphocytes B. Puisque la dérégulation des basophiles joue un rôle important dans le développement des réponses immunitaires dans différentes conditions pathologiques, nous avons exploré les mécanismes de régulations qui modulent les fonctions les basophiles. En particulier, nous avons étudié le rôle suppresseur des lymphocytes T régulateurs (Tregs) CD4+CD25+FoxP3, des cellules clés dans la maintenance de l'homéostasie immune, sur les fonctions des basophiles. Nos résultats montrent que les fonctions des basophiles, contrairement à la majorité des cellules immunes, ne sont pas régulées par les Tregs. Bien au contraire, nos résultats montrent que les lymphocytes T favorisent l'activation des basophiles. En résumé, nous avons exploré de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la régulation des fonctions des basophiles humains. Ces résultats nous permettent de mieux comprendre le rôle des basophiles dans les conditions inflammatoires et dans le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques.

La levure Yarrowia lipolytica est une levure oléagineuse capable de croître sur les substrats hydrophobes et les composés en C2 comme seul source de carbonne. La première partie de notre étude a permis de déterminer la localisation des protéines Lro1p et Dga1p impliquées dans la dernière étape de la synthèse des triglycérides. Ces protéines sont localisées dans la membrane cytoplasmique et à la surface des corps lipidique pour Lro1p et à la surface des corps lipidique pour Lro1p et à la surface des corps lipidiques pour dga1p. La deuxième partie de cette étude a permis d'avoir une idée plus précise du fonctionnement du cycle du glyoxylate chez la levure Y. lipolytica. Le premier objectif de cette deuxième partie de notre étude était de comprendre le fonctionnement du gène de la malate déshydrogénase chez cette levure. Contrairement à la levure S. cerevisiae qui possède trois gènes codant pour une malate déshydrogénaze, Y. lipolytica ne possède que deux gènes. Le premier gène YALI0D16753g code une malate déshydrogénase mitochondriale et le second gène YALI0E14190g présente une particularité d'épissage alternatif. En effet, le gène YALI0E14190g, en fonction de l'épissage, code une malate déshydrogénase cytoplasmique (séquence C-terminale PAN) ou une malate déshydrogénase adressée aux peroxysomes (séquence C-terminale AKI). Dans une troisième partie, nous nous sommes intéressés aux autres gènes du cycle du glyoxylate. La disruption du gène ICL1 a entrainé une incapacité de croissance du mutant sur acide oléique et sur les composés en C2 (éthanol, acétate). Néanmoins la suppression MLS et CIT2 n'a pas eu d'impact lors de la croissance sur les milieux nécessitant l'implication cycle du glyoxylate.

Deux souches de Lactobacillus pentosus, Ind1 et Ind3, ont été isolées à partir de " Naigeda ", un fromage traditionnel Chinois produit dans la région du Xinjiang. Les propriétés probiotiques de L. pentosus étant peu connues, la présente étude a été conduite afin de déterminer si ces 2 souches, Ind1 et Ind3, sont susceptibles d'être utilisées comme probiotiques. Les propriétés physiologiques de L. pentosus Ind1 et Ind3 ont fait l'objet d'essais in vitro afin de déterminer leur tolérance à l'environnement gastro-intestinal et leur adhérence à l'épithélium intestinal. Leurs propriétés de dégradation de 3 substances carcinogènes (phénol, p-crésol et indole ; concentrations comprises entre 50 et 150 µg/mL) ainsi que leur inhibition éventuelle par ces mêmes substances ont été étudiées. Les effets des 2 souches de L. pentosus sur la microflore intestinale de souris, après administration orale de 109cfu/mL dans 0.5mL de lait écrémé, ont été analysés. A cet effet, les populations de Lactobacilles, Bifidobactéries, Entérobacilles, Entérocoques et Clostridium perfringens, contenues dans les fèces des souris, avant, pendant et après leur alimentation en probiotiques, ont été considérées. Enfin, les capacités des 2 souches de L. pentosus à produire de l'acide -amino butyrique ont été étudiées, et les conditions de milieu et de culture assurant la meilleure production définies. Les résultats montrent que les 2 souches de L. pentosus, Ind1 et Ind3, présentent des taux de survie élevés : plus de 90 % en milieu acide et de 80% dans une solution de bile. Les aptitudes à l'adhérence sont souches dépendantes, avec pour Ind3 un potentiel similaire à celui de souches probiotiques reconnues (NCFM et Lp115). Ind1 et Ind3 ont également montré une bonne résistance aux substances carcinogènes (phénol, p-crésol, indole à 150 μg/mL). Enfin, ces 2 souches permettent un accroissement des concentrations de Lactobacilles et de bifidobactéries, dans le tractus intestinal des souris, tout en inhibant la croissance des Entérobacilles et de C. perfringens. Ces résultats démontrent les aptitudes potentielles des deux souches de L. pentosus étudiées pour une utilisation comme souches probiotiques au sein de régimes diététiques ou pour l'élaboration de produits laitiers fermentés.

Ce mémoire de thèse présente mes travaux sur la détermination de la susceptibilité et de la résistance des intégrases (INs) du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) aux inhibiteurs de transfert de brins de l'IN (INSTIs) ainsi que le développement de fragments d'anticorps simple-chaîne (sdAbs) ciblant l'IN du VIH. Tout d'abord, car les études antérieures ont suggéré que les variations significatives de l'IN de souche CRF02_AG pourrait avoir des effets consécutifs sur l'interaction entre l'inhibiteur et l'IN, la susceptibilité de l'IN de souche CRF02_AG du VIH-1 aux dernières INSTIs a été déterminée. Accord avec l'étude in silico, nous avons mis en évidence que l'activité de 3'-processing et de transfert de brin des INs de souche B et de souche CRF02_AG sont comparables. La susceptibilité des INs recombinantes de souche CRF02_AG aux INSTIs utilisés (Raltégravir-RAL, Elevitégravir-EVG et L-731, 988) est similaire à celle de l'IN de souche B, malgré les variations naturelles qui se produisent dans les INs de souche CRF02_AG. Le polymorphisme de l'IN de CRF02_AG n'a pas d'effet significatif sur la susceptibilité aux INSTIs. Dans un second temps, la résistance de l'IN du VIH-2 au RAL, l'unique INSTI approuvé, a été confirmée in vitro avec des enzymes mutées portant des mutations de résistance. Les mutations aux positions 155 et 148 jouent un rôle similaire pour les VIH-1 et VIH-2, en rendant l'IN résistante au RAL. La mutation G140S confère peu de résistance, mais compense le défaut catalytique dû à la mutation Q148R. À l'inverse, Y143C seule ne confère pas de résistance au RAL excepté si la mutation E92Q est également présente. De plus, l'introduction de la mutation Y143C dans le mutant résistant N155H baisse le niveau de résistance de l'enzyme contenant la mutation N155H, ce qui pourrait expliquer l'absence de détection de ces deux mutations ensemble dans un seul génome. Enfin, des anti-VIH sdAbs avec nombreuses propriétés intéressantes ont été sélectionnés pour développer des agents antirétroviraux. Après la sélection de sdAb ciblant l'IN du VIH, nous avons obtenu des qui sdAbs qui reconnaissent spécifiquement une vaste gamme d'INs in vitro, y compris le mutant G140S/Q148R résistant aux INSTIs. Néanmoins, l'activité inhibitrice des sdAbs n'a pas été observée. Les sdAbs ciblant l'IN du VIH peuvent être utilisés pour d'autres applications, telles que des réactifs ciblant des nanocapteurs. À l'avenir, en raison des avantages uniques des sdAbs, le développement de sdAbs anti-IN du VIH qui bloquent la réplication du VIH reste attractive pour l'obtenir des inhibiteurs efficaces de l'IN.

Nous présentons deux dispositifs microfluidiques, aussi appelés Laboratoires-sur-Puces, fondés sur deux technologies : la microfluidique et les billes magnétiques. Un premier laboratoire-sur-puce est dédié à la recherche de cellules tumorales circulantes. Les billes magnétiques sont auto-organisées sur un dépôt magnétique de ferrofluide obtenu par tamponnage moléculaire et les cellules sont séparées sur la base de protéines de membranes à leur surface. Les expériences menées établissent les performances de rendement et de pureté de la séparation cellulaire. On démontre que les cellules capturées peuvent être remises en culture. Comme validation clinique, ce système a été utilisé pour le typage de cellules tumorales circulantes lymphoïdes issues de leucémies et de lymphomes à l'aide de microscopie confocale à haute résolution. Un deuxième laboratoire-sur-puce a été utilisé pour la recherche de bactéries infectieuses. Un module de concentration d'ADN a été mis en place à l'aide de billes magnétiques organisées en réseau très dense de billes. L'ADN est retenu par sa charge sur les billes à faible pH et élué par augmentation de pH. La preuve de concept du système est apportée.

Les laboratoires sur puces sont une des voies en cours d'exploration pour répondre à un besoin croissant d'analyses automatiques, miniaturisées, portables et rapides. Le mode de détection basé sur l'utilisation d'un EOSFET (Electrolyte-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor ou Transistor à Effet de Champ Electrolyte-Oxyde-Semiconducteur), permet une détection directe de l'interaction biologique par effet de champ et semble particulièrement prometteur, notamment lorsque la taille des dispositifs est réduite à une échelle nanométrique. Notre travail porte ainsi sur l'étude de dispositifs EOSFET dont le canal est une nanostructure unidimensionnelle. Nous mettons tout d'abord en oeuvre la conception et la fabrication des dispositifs. Leurs caractérisations, réalisées grâce à un banc de mesure dédié, mettent en évidence la sensibilité des EOSFET à différents paramètres tels que la lumière, la présence de charges électrostatiques environnantes, la salinité de la solution ou encore le débit imposé à la solution en contact avec le dispositif. Nous avons démontré la détection possible d'un changement de débit de 0.7 μL.min-1. Nous développons ensuite deux voies de fonctionnalisation des EOSFET, l'une permettant la détection d'une variation de pH de la solution, l'autre la présence de brins d'ADN cibles dans la solution. Le fonctionnement du dispositif dans différentes conditions permet de mettre en évidence plusieurs paramètres clés à maîtriser tels que la stabilité du dispositif et de son environnement pour réaliser une détection électrique sur EOSFET.

Yarrowia lipolytica est une levure oléagineuse qui possède un remarquable potentiel de croissance et d'accumulation de lipides dans des milieux hydrophobes. Au cours de cette étude nous avons approfondi nos connaissances du métabolisme lipidique chez cette levure en mettant l'accent sur la capacité d'accumulation et de dégradation des lipides, la régulation et les interactions des différentes voies métaboliques. L'étude des enzymes du métabolisme des microorganismes oléagineux et de leurs particularités fonctionnelles, en comparaison avec celles des microorganismes non oléagineux, a permis de se focaliser sur des enzymes candidates pour être impliquées dans le caractère oléagineux. L'objectif de cette étude est de combiner les connaissances physiologiques sur cette levure avec les outils génétiques existants afin d'utiliser Y. lipolytica comme une usine cellulaire pour la production de grandes quantités de lipides ayant un intérêt industriel. Afin de rediriger les flux de carbone vers la synthèse de lipides, le gène GUT2, qui code l'un de deux isomères de la glycérol-3-phosphate déshydrogénase, ainsi que la voie de la β-oxydation ont été invalidés chez Y. lipolytica, conduisant à une forte augmentation de l'accumulation des lipides. Afin d'identifier l'étape limitante de la synthèse des TAG et de construire des souches aux profils lipidiques modifiés nous avons joué sur le niveau d'expression des acyltransférases et des désaturases. La contribution relative des acyltransférases dépend de la phase de croissance et leurs affinités vis-à-vis des substrats donneurs d'acyle sont complémentaires. La modification des désaturases a permis d'accumuler des acides gras spécifiques, démontrant ainsi qu'il est possible de moduler le profil des lipides accumulés chez Y. lipolytica. Cette étude nous a permis de construire des souches hyperaccumulatrices aux profils lipidiques tels qu'ils permettront de leur trouver des applications biotechnologiques dans la filière des biocarburants ou dans l'industrie oléochimique en tant qu'unités alternatives pour la production de substrats spécifiques.