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A mechanistic study of the in vitro fermentation of xylose containing carbohydrates by the gastrointestinal microflora

Palframan, Richard January 2003 (has links)
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Étude de métabolisme de Corynebacterium glutamicum au cours de procédés aéro-anaérobies et ses applications en génie métabolique / Study of Corynebacterium glutamicum metabolism during aero-anaerobic processes and its applications in metabolic engineering

Khuat, Hoang Bao Truc 13 December 2013 (has links)
L'objectif de cette thèse est l'étude du métabolisme de Corynebacterium glutamicum, et de ses potentialités, au cours de procédés aéro-anaérobies. Après une première phase avec apport d'oxygène pour permettre la croissance bactérienne, une phase anaérobie est induite par arrêt de l'aération et réduction de la vitesse d'agitation. Dans ces conditions, le lactate est le principal métabolite produit. La synthèse de ce dernier a été améliorée en jouant, essentiellement, sur le moment de la transition entre les 2 phases. C. glutamicum 2262 peut ainsi produire 27 g/l de lactate en mode discontinu et 55 g/l en mode semi-continu, suite à un arrêt de l'aération lorsque la concentration en biomasse est d'environ 2,6 g/l. Afin d'exploiter la voie de synthèse d'acide lactique chez C. glutamicum pour la production d'éthanol, les gènes PDC et ADH de Zymomonas mobilis ont été exprimés sous le contrôle du promoteur ldhA endogène de C. glutamicum 2262 et d'une souche de C. glutamicum 2262 sans ldhA. Bien que les productivités en éthanol de ces souches aient été relativement faibles, la suppression de ldhA a entraîné des augmentations de la concentration en éthanol d'environ 15 fois. Une stratégie similaire a été utilisée pour la production d'itaconate. Comme dans le cas de l'éthanol, la concentration en itaconate obtenue est demeurée très faible malgré des essais d'amélioration du procédé de mise en oeuvre de la souche productrice d'itaconate / The objective of this work is the study of Corynebacterium glutamicum metabolism, and of its potentialities, during an aero-anaerobic process. After a first phase during which the oxygen was supplied to favor the bacterial growth, the anaerobic phase was induced by the stopping of the oxygen supply and the decreasing of the agitation speed. In these culture conditions, lactate was the main metabolite produced. The production of this organic acid has been increased by modifying the transition time between the aerobic and the anaerobic phases. C. glutamicum 2262 was able to produce up to 27 g/l lactate during a batch process and up to 55 g/l during a fed batch process. To exploit the lactic acid synthesis pathway of C. glutamicum for ethanol production, the PDC and ADH genes from Zymomonas mobilis were expressed under the control of the endogenous promoter of ldhA, in the wild-type strain and in a ldhA-disrupted strain of C. glutamicum 2262. Although the ethanol productivities of these engineered strains were relatively low, the depletion of ldhA resulted in the increases of ethanol final concentration up to 15 times. A similar strategy was applied for the production of itaconate. As previously for the ethanol production, the final concentration of itaconate remained very low despite of some modifications of the process
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Réponses physiologiques de bifidobactéries soumises aux stress acide, froid et gastro-intestinal en laits biologique et conventionnel / Physiological responses of bifidobacteria subjected to acid, cold and gastro-intestinal stress in organic and conventional milks

Rodrigues Florence, Ana Carolina 20 March 2013 (has links)
Les bifidobactéries sont exposées à de nombreux stress, liés aux conditions environnementales rencontrées lors de la production, du stockage au froid, et pendant la digestion des laits fermentés. Afin d'améliorer leur survie, cette étude vise la compréhension des mécanismes de dégradation de l'état physiologique de différentes souches de Bifidobacterium soumises aux stress froid et acide et au stress gastro-intestinal simulé in vitro. Elle ambitionne également d'établir des relations entre la résistance aux différents stress et la teneur en acides gras membranaires et des laits biologiques et conventionnels. Les résultats montrent que l'activité acidifiante des bifidobactéries est souche-dépendante et qu'elle augmente lorsque les bactéries sont associées aux bactéries lactiques du yaourt, avec du lait biologique et lorsque la température d'incubation est fixée à 42°C au lieu de 37°C. La cultivabilité et la survie des souches ont été déterminées après fermentation, après stockage à 4°C pendant 7 à 28 jours, et pendant un processus de digestion simulé in-vitro dans un digesteur dynamique reproduisant le tractus gastro-intestinal. Ces caractéristiques sont améliorées dans les laits fermentés biologiques par rapport aux produits conventionnels, lorsque la fermentation est effectuée à 42°C jusqu'à pH 4,4, et lorsque les laits fermentés sont maintenus à 28°C pendant 12 heures avant d'être refroidi à 4°C. Ces procédures de fabrication spécifiques génèrent ainsi une adaptation physiologique des bifidobactéries aux stress. Pendant la digestion in-vitro, la cultivabilité des bifidobactéries se dégrade moins lorsque la fermentation se déroule en lait biologique plutôt qu'en lait conventionnel et, dans une moindre mesure, lorsque les procédures d'adaptation sont appliquées pendant la fabrication du lait fermenté. Ces résultats sont liés aux teneurs plus élevées en acides gras insaturés, en particulier en acides trans-vaccénique, linoléique conjugué et α-linolénique, qui caractérisent les produits biologiques. Ces profils d'acides gras particuliers aux laits biologiques permettent aux bifidobactéries de modifier leur composition en acides gras membranaires, en augmentant leur teneur en acides gras insaturés et en raccourcissant la longueur moyenne des chaînes d'acides gras saturés, adaptant ainsi leur fluidité membranaire. Lorsque les procédures de fabrication spécifiques sont mises en oeuvre pour induire une adaptation physiologique des bifidobactéries, la composition en acides gras des membranes se modifie différemment de ce qui est observé en lait biologique. Cette différence indique ainsi que d'autres mécanismes biologiques d'adaptation sont probablement impliqués, en particulier au niveau protéomique. Finalement, cette étude démontre que les modifications au niveau de la membrane contribuent à moduler la résistance aux stress technologique et gastro-intestinal de souches de Bifidobacterium. / Bifidobacteria are exposed to various stress, as a result of environmental conditions encountered during fermented milk production, cold storage and during digestion of the products inside gastrointestinal tract. In order to improve their survival, this study aimed at understanding the degradation mechanisms of the physiological state of various Bifidobacterium strains when exposed to cold, acid and in vitro simulated gastrointestinal stress. It also intended to establish relationships between stress resistance and milk and membrane fatty acids contents, in organic and conventional milks. The results showed that acidification activity of bifidobacteria was strain-dependent and increased when bifidobacteria were associated to yogurt cultures, when organic milk was used and when incubation temperature was set at 42°C instead of 37°C. Cultivability and survival of the Bifidobacterium strains were determined after fermentation, after storage at 4°C for 7 to 28 days, and during in-vitro digestion that was simulated in a dynamic gastrointestinal tract model. These characteristics were improved in organic fermented milks as compared to conventional products, when fermentation was performed at 42°C until pH 4.4, and when the fermented milks were kept at 28°C for 12 hours before being cooled to 4°C. These specific manufacture procedures thus generated physiological adaptation of the bifidobacteria to the stress. During in-vitro digestion, cultivability of bifidobacteria was less deteriorated when they were grown in organic instead of conventional milk, and to a less extent, when the adaptation procedures were applied during fermented milk manufacture. These results were related to the higher unsaturated fatty acids content, including trans-vaccenic, conjugated linoleic and α-linoleic acids that characterize organic products. These particular fatty acids profiles of organic milks allowed bifidobacteria to modify their membrane fatty acids composition, by increasing their unsaturated fatty acids contents and by shortening the length of medium chain saturated fatty acids, thus adapting their membrane fluidity. When specific manufacture procedures were carried out to trigger physiological adaptation of the bifidobacteria, membrane fatty acid composition changed différently from what is observed in organic milk. This difference indicates that other biological adaptation mechanisms are probably involved, especially at the proteomic level. Finally, this study demonstrated that modifications at membrane level contribute to modulate resistance against technology and gastro-intestinal stress of Bifidobacterium strains to better withstand technological and gastro-intestinal stress.

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