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La conception de nouveaux produits laitiers fermentés fonctionnalisés avec les peptides bioactifs est l'une des stratégies prometteuses pour le développement d'aliments fonctionnels. L'objectif de cette thèse s'inscrit ainsi dans une démarche de production d'un lait fermenté contenant un peptide anxiolytique, l'alpha-casozépine (alpha-CZP ; f91-100 de la CN-alpha s1 bovine) ou du fragment plus court (f91-97). Dans un premier temps, nous avons étudié la stabilité des peptides bioactifs vis-à-vis des souches ayant le phénotype PrtS+ (LMD-9) et PrtS- (CNRZ1066) de S. thermophilus. Il s'est avéré que les deux souches sont capables d'hydrolyser le peptide en fragments plus courts par l'activité peptidasique de surface. Il a été vérifié que l'hydrolyse n'est due ni aux peptidases intracellulaires issues d'une éventuelle lyse cellulaire ni à la protéase chaperonne HtrA. Les activités de type amino-, X-prolyl dipeptidyl-, carboxy-peptidases et peptidyl dipeptidase de surface ont été mises en évidence. L'ajout de peptides bioactifs dans des laits fermentés nécessite donc la caractérisation préalable du potentiel protéolytique des bactéries lactiques. Afin de n'ajouter qu'un type de peptides et non pas une fraction peptidique, nous avons exprimé de manière hétérologue l'alpha-CZP sous forme multimérique chez L. lactis en utilisant le système d'induction NICE. Il a été révélé par le test ELISA qu'une petite quantité d'alpha-CZP multimérique a été produite par les cellules induites mais également non induites par la nisine. Le ralentissement important de la croissance des cellules de L. lactis recombinante induites par la nisine suggère que le multimère peptidique a des effets toxiques sur les cellules / The designing of novel fermented milk products functionalized with bioactive peptides is one of the promising strategies to develop functional foods. The objective of the thesis is thus the development of fermented milks comprising of an anxiolytic peptide, alpha-casozepine (f91-100 of bovine alpha s1 CN) or its shorter fragment (f91 97). Firstly, we studied the stability of different bioactive peptides towards two strains, with PrtS+ (LMD¬9) and PrtS- (CNRZ1066) phenotypes, of S. thermophilus, a starter bacterium widely used for the manufacture of yogurt. It was revealed that both strains hydrolysed the peptides into shorter fragments by surface peptidases. The hydrolysis was neither due to intracellular peptidases eventually released from cell lysis nor to extracellular chaperone protease HtrA, since mutant LMD-9-deltahtrA also showed the same type of hydrolysis. Aminopeptidase, X-prolyl dipeptidyl peptidase, peptidyl dipeptidase and carboxypeptidase activities associated to the cell-surface of both strains were observed. Therefore, addition of bioactive peptides in fermented milks requires well prior characterization of the proteolytic potential of lactic acid bacteria. Finally, in order to add only one type of peptides instead of a peptide fraction, we expressed heterologously alpha-CZP in multimeric form in L. lactis using NICE system. It was revealed by ELISA test that a small quantity of recombinant alpha-CZP multimer was produced by both nisin-induced as well as non-induced cells. The significant decrease in the growth of nisin-induced recombinant L. lactis suggests that the peptide multimer has toxic effects on the cells

Το οξειδωτικό στρες θεωρείται ότι διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη παθογένεση πολλών εκφυλιστικών νόσων, όπως τα καρδιαγγειακά νοσήματα, ο καρκίνος και οι νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Πολλές μελέτες μέχρι τώρα έχουν δείξει τη σημαντική επίδραση της διατροφής στην εξουδετέρωση των ελευθέρων ριζών. Η Ελληνική χλωρίδα είναι πλούσια σε πηγές φυσικών αντιοξειδωτικών, στις οποίες ανήκουν και τα φυτά του γένους Sideritis. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνηθεί η επίδραση της πόσης, για 40 ημέρες, ενός αφεψήματος (4% κ.ό.), που παραδοσιακά καταναλώνεται στην Ελλάδα, του είδους Sideritis clandestina subsp. cyllenea, σε βιοχημικές παραμέτρους εγκεφαλικών περιοχών ενηλίκων μυών. Το ανωτέρω φυτό, που φύεται στα βουνά της Β. Πελοποννήσου, επιλέχθηκε μετά από προσδιορισμό της πολυφαινολικής σύστασης και των αντιοξειδωτικών ιδιοτήτων υδατικών εκχυλισμάτων από διάφορους πληθυσμούς του είδους Sideritis clandestina. Η αντιοξειδωτική ικανότητα των εγκεφαλικών περιοχών στα ζώα-μάρτυρες παρουσίασε διαφορές (φλοιός>παρεγκεφαλίδα>μεσεγκέφαλος). Η κατανάλωση του αφεψήματος μετέβαλε την αντιοξειδωτική ικανότητα των εγκεφαλικών περιοχών με ιστοειδικό τρόπο. Ο φλοιός και η παρεγκεφαλίδα επιλέχθηκαν για περαιτέρω μελέτη βιοχημικών παραμέτρων αυτών, με ανάλυση του μεταβολικού τους προφίλ, μεταβολομική, πριν και μετά την κατανάλωση του αφεψήματος, με τη χρήση αέριας χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (GCMS). Από την ανάλυση αυτή ταυτοποιήθηκαν μέχρι τώρα αρκετοί μεταβολίτες, η βιοχημική αξία των οποίων είναι σημαντική. Τα ανωτέρω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η πόση του αφεψήματος επηρεάζει τις εγκεφαλικές λειτουργίες, παρατήρηση που χρήζει περαιτέρω διερεύνηση. / Oxidative stress is considered to play a pivotal role in the pathogenesis of many degenerative diseases, such as cardiovascular disease, cancer and neurodegenerative disorders. Until recently many studies have shown the important effect of diet in the destruction of free radicals. Hellenic flora is very rich in sources of natural antioxidants, including the plants of the genus Sideritis. The aim of this study was to investigate the effect of consumption for 40 days, of a beverage (4% w/v) that is traditionally consumed in Greece, of species Sideritis clandestina subsp. cyllenea, on biochemical parameters of adult mice brain regions. This plant that grows on the mountains of North Peloponnesus was chosen after determination of the polyphenolic content and the antioxidant properties of water extracts of various Sideritis clandestina populations. The antioxidant activity of the brain areas of the control mice differed (cerebral cortex>cerebellum>midbrain). The consumption of the beverage altered the antioxidant activity of the brain regions in a tissue-specific manner. The cerebral cortex and cerebellum were chosen for further study of their biochemical parameters, analyzing their metabolic profile, (metabolomics) before and after the beverage consumption, using a gas chromatography-mass spectrometry (GCMS) technology. Many metabolites, of high biochemical value, have identified with that analysis, until now. Consequently, the above results indicate that the consumption of this beverage can influence various brain functions, an observation that needs further delineation.

L’ingénierie des compléments alimentaires solides offre plusieurs avantages dans la formulation industrielle des produits alimentaires, en termes de production, stockage, et manipulation. Pour ces raisons, l’objectif de cette thèse était d’élaborer des ‘cargos’ bio-réactifs, permettant l’encapsulation d’une enzyme exogène capable de réaliser la réaction d’hydrolyse des molécules de lactose. Aujourd’hui il est établi que les symptômes caractéristiques de l’intolérance au lactose sont associés à une carence en lactase dans le gros intestine. Ainsi, fournir au corps humain de la lactase est l’application ciblée par ce travail, par la conception de matériaux siliciques comme support d’encapsulation. En général, les types de cargos développés doivent surmonter les conditions gastriques pour libérer l’enzyme dans le gros intestine. La silice poreuse amorphe est un matériau inorganique non-toxique qui assure une bonne protection dans des conditions acides et permet une libération contrôlée au pH légèrement basique du colon. L’utilisation de silice amorphe poreuse permet à coût réduit d’obtenir une structure intrinsèque contrôlée (forme, taille particulaire, diamètre du pore) et une chimie de surface modifiable. En accord avec les objectifs principaux, quatre stratégies d’encapsulation bio-adaptées ont été étudiées comme de potentiels voies pour la production de compléments alimentaires solides d’intérêt pour le traitement de l’intolérance au lactose : (i) immobilisation de l’enzyme par adsorption dans des matériaux siliciques meso-macroporeux pré-synthétises, (ii) immobilisation de l’enzyme sur des particules de silice faiblement poreuses recouvertes par des liposomes, (iii) encapsulation de l’enzyme dans des nanoparticules de lipides solides (SLNs), (iv) encapsulation de l’enzyme dans une matrice de biopolymère recouvert d’une coque de silice mésoporeuse / The engineering of solid dietary supplements provides several advantages in the industrial formulation of food products, in terms of its production, storage and handling. Thereby, the goal of this doctoral work is to design bio-responsive carriers for the encapsulation of an exogenous enzyme able to catalyze the hydrolysis of lactose towards simple sugar molecules. In fact, there is a consensus that the onset of symptoms characteristic of lactose intolerance are associated with lactase deficiency in the small intestine. Providing the organism with exogenous lactase is the underlying application targeted by this work through the design of silicabased materials for encapsulation. The different types of bio-carriers developed had to overcome the simulated gastric conditions in order to release active enzyme molecules in the small intestine. Amorphous porous silica is a very good and non-toxic component affording protection versus acidic conditions, while providing controlled release. This inorganic material approved by the US Food and Drug Administration (FDA) has a relatively low cost, and presents a controlled structure (shape, size, pore diameter), as well as tunable surface chemistry. In agreement with the main objectives, four bio-adapted encapsulation strategies were investigated as potential routes to produce solid dietary supplements for lactose intolerance treatment: (i) physical entrapment of the enzyme in pre-synthesized meso-macroporous silica materials, (ii) physical entrapment of the enzyme in low porosity silica particles coated by liposomes, (iii) encapsulation of the enzyme into thermosensitive solid lipid nanoparticles (SLNs) (iv) encapsulation of the enzyme into a biopolymer matrix coated in a mesoporous silica shell

Les probiotiques sont des microorganismes vivants qui, lorsqu’ils sont ingérés en quantité adéquate, peuvent exercer des propriétés bénéfiques sur la santé de l’hôte. Les souches de Bacillus utilisées en tant que probiotiques ne sont pas colonisatrices du tractus intestinal, mais sont des résidents transitoires du microbiote. Ce travail fait l’investigation in vitro de l’association, qualifiée de synbiotique, entre une souche probiotique de Bacillus subtilis et une source carbonée prébiotique, composé alimentaire peu digéré par les enzymes intestinales mais utilisable par les bactéries dans l’intestin. L’étude de cette association met en évidence la capacité de la souche à utiliser les isomaltooligosaccharides (IMOS) prébiotiques comme unique substrat carboné. L’effet positif de ce substrat sur la tolérance à la bile de la souche a été démontré in vitro. Les résultats d’une analyse protéomique faisant l’étude des enzymes clés impliquées dans le métabolisme des IMOS, ainsi que d’autres biomarqueurs d’intérêt probiotique, sont en cours d’exploitation. Ce travail préliminaire d’investigation de l’association synbiotique entre les IMOS prébiotiques et la souche probiotique B. subtilis, aboutira à des essais in vivo. Les effets bénéfiques des probiotiques du genre Bacillus, notamment au niveau de la modulation du système immunitaire, résultent de l’interaction entre les molécules de la surface bactérienne et les cellules de l’intestin. Les mécanismes moléculaires à l’origine de l’immunomodulation sont mal connus, alors que leur compréhension est nécessaire à l’optimisation de l’utilisation du probiotique. Un deuxième volet de ce travail concerne la comparaison des structures d’entités moléculaires de surface de trois Bacilli probiotiques, les acides lipotéichoïques (LTAs), et leurs activités immunologiques respectives. Une étude structurale des LTAs par des méthodes biochimiques et par RMN a permis de mettre en évidence la diversité structurale au sein du même genre Bacillus. Le rôle clé de la D-alanine dans l’activité biologique de ces antigènes bactériens a été démontré. / Probiotics are live microorganisms, which when administered in adequate amounts confer a health benefit on the host. Bacillus probiotic strains are not able to colonize the gut, and are considered as transient residents of the microbiota. Prebiotic are non-digestible food ingredients that could stimulate growth of bacteria in the gut. This work investigates the in vitro effect of a prebiotic isomaltooligosaccharide (IMOS) on the growth of a probiotic strain Bacillus subtilis. This study highlights the ability of the strain to use IMOS as unique carbon source. A comparative proteomic analysis investigates the main enzymes implicated in the prebiotic metabolism, and biomarkers possibly involved in probiotic effects. This preliminary work, which studies the synbiotic association between a probiotic and a prebiotic, will lead to in vivo assays. Beneficial effects of probiotic Bacilli, mainly modulation of intestinal immune system, result from interaction between bacterial cell-wall molecules and intestinal cells. The molecular origin of immunomodulatory mechanisms are poorly understood, while understanding is needed to optimize the use of probiotics. A second part of this work consists in comparing the structure of a molecular cell-wall component named lipoteichoic acids (LTA) from three Bacillus probiotic, a molecular cell-wall component of Gram positive bacteria, and their immunological activity. A structural study, using biochemical determinations and NMR spectroscopic analysis, highlights the structural diversity between LTAs from different Bacillus species. The key role of D-alanine substituents in the biological activity of these bacterial antigens has been demonstrated.

Plusieurs études ont montré que certaines kinases situées dans le foie, « mammalian target of rapamycin » (mTOR), « adenosine monophosphate-activated protein kinase » (AMPK) et « general control non-depressible kinase 2 » (GCN2) répondent à la disponibilité en acides aminés.L’objectif de nos études a été de préciser le rôle de deux de ces voies, l’AMPK et GCN2, dans les adaptations du métabolisme énergétique et de la synthèse protéique en réponse aux variations en protéines du régime. Pour cela, des souris de type sauvage et des souris KO n’exprimant plus la voie AMPK ou GCN2 dans le foie ont été nourries pendant trois semaines avec un régime faible, normal ou fort en protéines. Les analyses ont montré que les souris KO-AMPK foie spécifique et nourries sous régime normoprotéique adaptent leur métabolisme hépatique notamment en sécrétant le facteur fibroblastique FGF21 ce qui leur permet de compenser l’absence d’AMPK et de présenter des profils d’oxydation normaux.Au contraire, les souris KO-AMPK foie spécifique nourries avec des régimes faibles ou forts en protéines présentent des altérations des profils d’oxydation des lipides et des glucides liées à une absence de modification du métabolisme hépatique.La délétion de GCN2 dans le foie, quant à elle, n’a d’effet que sous régime faible en protéines : les souris KO-GCN2 foie spécifique présentent une plus faible oxydation lipidique et une plus forte oxydation glucidique que les souris sauvages en période postprandiale dû à l’absence d’induction de la sécrétion de FGF21.Concernant le métabolisme des protéines, les kinases GCN2 et AMPK ne semblent pas impliquées dans l’intensité du flux de synthèse protéique dans le foie et en périphérie dans le muscle en période postprandiale.En conclusion, ces travaux montrent que les délétions de l’AMPK et de GCN2 hépatiques affectent le métabolisme énergétique mais pas le métabolisme protéique et que les conséquences dépendent de la composition du régime. / Several studies have reported that some kinases located in the liver respond to the availability of amino acids. These kinases are mammalian target of rapamycin '(mTOR), "adenosine monophosphate-activated protein kinase" (AMPK) and "general control non-depressible kinase 2" (GCN2).The aim of our study was to clarify the role of two of these signaling pathways, AMPK and GCN2 in the adaptations of energy and protein metabolism in response to the modulation of dietary protein content. Wild-type and liver AMPK-deficient or liver GCN2-deficient mice were fed either a low, a normal or high protein diet during three weeks. Analyzes showed that liver AMPK-deficient mice fed under a normo-protein diet exhibit an adapatation of liver metabolism and secret FGF21 which enables them to have normal postprandial oxidation profiles.In contrast, liver AMPK-deficient mice fed a low or a high protein diet exhibit an alteration in postprandial oxidation profiles. The deletion of GCN2 in the liver only has an effect under low protein diet as liver GCN2 deficient mice have a lower lipid oxidation and a higher carbohydrate oxidation linked to the absence of FGF21 secretion. Concerning protein metabolism, AMPK and GCN2 do not seem to be involved in protein synthesis rate in the posrprandial period in the liver and periphery in the postprandial muscle. In conclusion, these studies show that hepatic AMPK and GCN2 deletions affect energy metabolism, but not protein metabolism and that the consequences depend on diet composition.