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Ce travail a pour objectif d'étudier les effets d’une supplémentation en acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 à longues chaines sur la production d’embryons chez les vaches laitières. Le régime enrichi en AGPI n-3 a eu tendance à augmenter le nombre moyen des complexes ovocyte-cumulus récupérés par vache par session d’OPU par rapport au groupe témoin AGPI n-6. Une tendance à augmenter le nombre moyen par vache par session d’OPU de blastocystes et de blastocystes expansés avec une augmentation significative de blastocystes de qualité 1 et 2 ont été notés dans le groupe n-3. De même, les taux de blastocystes, de blastocystes expansés et de blastocystes de qualité 1 et 2 ont été significativement augmentés dans le groupe n-3. Nous avons aussi montré que l’addition d’acide docosahexaénoïque (DHA, C22:6 n-3) à une faible concentration (1μM) pendant la maturation in vitro des ovocytes bovins augmente significativement le taux de clivage et le taux et la qualité de blastocyste. La stimulation de FFAR4 (free fatty acid receptor 4), au cours de la MIV, par un agoniste spécifique (TUG 891), a entrainé des effets bénéfiques similaires à ceux du DHA (1μM) sur la compétence ovocytaire. Cela suggère que l’effet bénéfique du DHA pourrait passer, au moins partiellement, par l’activation du FFAR4. / We aimed to investigate whether dietary n-3 PUFA, in Prim‘Holstein dairy cattle in lactation, could influence reproductive performance in terms of embryo production. We showed that n-3 PUFA-enriched diet had a tendency to increase the average number of oocyte-cumulus complexes recovered per cow per OPU session. A tendency to increase the average numbers per cow per OPU session of blastocysts and expanded blastocysts with significantly increase of blastocysts of quality 1 and 2 were noted in the n-3 group compared to the n-6 group. Similarly, the rate of blastocysts, expanded blastocysts and blastocysts of quality 1 and 2 were significantly increased in the n-3 group compared to the n-6 group. We also showed that the addition of docosahexaenoic acid (DHA, C22:6 n-3) at low concentration (1μM) during IVM of bovine oocytes increased cleavage rate, blastocyst rate and embryo quality. DHA and free fatty acid receptor 4 (FFAR4) agonist TUG- 891 (1 or 5 μM) supplied during IVM similarly improved in vitro embryo development, suggesting that FFAR4 may, at least partially, mediate DHA beneficial effects on OCC, through activation of signaling pathways.

Les dernières données de consommation alimentaire de la population française démontrent que les apports nutritionnels en acide eicosapentaénoïque (EPA) et en acide docosahexaénoïque (DHA) sont nettement inférieurs aux recommandations fixées par l’Agence nationale de sécurité sanitaire, de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES). Compte tenu de leurs rôles physiologiques, l’amélioration de leur biodisponibilité est devenue une priorité nutritionnelle. La maitrise des formes de vectorisation des acides gras polyinsaturés à longue chaine de la série n-3 (AGPI-LC n-3) représente une piste d’intérêt afin de répondre à cette problématique. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, visant à étudier l’influence de la forme moléculaire (phospholipides (PL) vs triglycérides (TG)) et/ou supramoléculaire (phase continue, émulsion, liposomes) de vectorisation des AGPI-LC n-3 sur leur devenir métabolique.La démarche expérimentale adoptée a consisté, dans un premier temps, à caractériser les différentes formes de vectorisation des AGPI-LC n-3 par un couplage de méthodes d’analyse physico-chimiques (microscopie optique, granulométrie, mesure des produits primaires et secondaires d’oxydation, lipolyse enzymatique). Les données obtenues ont permis de poser des hypothèses mécanistiques pour l’étude de la biodisponibilité chez le rat. Ainsi, dans un deuxième temps, l’étude in vivo a permis d’aborder (1) l’absorption intestinale des acides gras (AG) suite à un apport en bolus de lipides et (2) l’accrétion tissulaire suite à un régime de 8 semaines.Les résultats indiquent que la forme moléculaire de vectorisation des AGPI-LC n-3 (TG marins vs PL marins, en phase continue) n’influence pas leur absorption intestinale mais plutôt leur incorporation dans les lipides lymphatiques, principaux transporteurs des AG alimentaires dans l’organisme. A l’inverse, la structuration des PL marins en milieu aqueux (émulsion ou liposomes), permet d’améliorer l’absorption de l’EPA et du DHA, de façon spécifique à la nature de la structuration supramoléculaire. Les résultats de l’accrétion tissulaire montrent qu’au terme des 8 semaines de régime, l’enrichissement tissulaire en AGPI-LC n-3 s’effectue de façon différente selon leur forme moléculaire de vectorisation. Ainsi, la consommation de TG marins favorise l’incorporation des AGPI-LC n-3 dans les lipides hépatiques, alors que la supplémentation des régimes en PL marins permet d’orienter le DHA vers le cerveau et la rétine.L’ensemble de ces résultats montre que le choix de la forme moléculaire de vectorisation des AGPI-LC n-3 (PL vs TG) peut être un moyen d'orienter leur incorporation tissulaire, alors que leur structuration supramoléculaire (émulsion ou liposomes), une stratégie pour moduler leur absorption intestinale. / The latest data from the cross-sectional national French dietary study show that dietary intakes of eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) are significantly lower than those recommended by the French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety (ANSES). Considering their physiological roles, improving their dietary intake has became a nutritional priority. The control of the different forms of n-3 long chain polyunsaturated fatty (n-3 LC-PUFA) intake represents an interesting way to address this issue. In this context, this thesis aims at studying the influence of the molecular form (phospholipids (PL) vs triglycerides (TG)) and/or supramolecular form (continuous phase, emulsion, liposomes) of n-3 LC-PUFA towards their bioavailability.The experimental approach consisted in characterizing the different forms of n-3 LC-PUFAs by coupling various physicochemical methods (optical microscopy, granulometry, measurement of primary and secondary oxidation products, enzymatic lipolysis). The data obtained made it possible to propose some mechanistic hypothesis for the bioavailability studies conducted in rat. Thus, in a second step, the in vivo study made addresses (1) the intestinal absorption of fatty acids following a single dose of lipids and (2) the lipid tissue accretion following an 8-week diet.The data obtained from the intestinal absorption study indicate that the molecular form of n-3 LC-PUFA targeting (marine TG vs marine PL, in continuous phase) does not influence their intestinal absorption but rather their incorporation into lymphatic lipids, which are the main carriers for dietary fatty acids in the organism. Conversely, structuring marine PL (emulsion or liposomes) improves the EPA and DHA absorption, but differently according to the supramolecular form. The results concerning tissue accretion show that, after 8-week diet, the tissue enrichment in n-3 LC-PUFA is different according to the molecular form of targeting. The consumption of marine TG favours the incorporation of n-3 LC-PUFA into hepatic lipids, while the supplementation of diets with marine PL targets DHA preferentially to brain and retina.All these results show that the molecular form of targeting (PL vs TG) of n-3 LC-PUFA can be a way for managing their tissue incorporation, whereas the supramolecular organization (emulsion or liposomes) can be envisaged to monitor their intestinal absorption.

Les récepteurs nucléaires LXRα et LXRβ sont activés par la fixation de dérivés oxygénés du cholestérol. Ils régulent l’expression de nombreux gènes appartenant au métabolisme du cholestérol et des acides gras, et jouent un rôle important dans l’inflammation et l’immunité innée. L’activation de LXR inhibe le développement de l’athérosclérose, en augmentant l’efflux de cholestérol des macrophages ainsi que le transport inverse jusqu’au foie et l’excrétion biliaire. De plus, LXR diminue la biosynthèse et la captation du cholestérol dans les tissus périphériques. Enfin, les agonistes synthétiques de LXR administrés à des souris diminuent significativement l’inflammation dans les lésions athérosclérotiques, notamment en inhibant la sécrétion de certaines cytokines inflammatoires. Néanmoins LXR régule également la lipogenèse et la synthèse d’acides gras mono-insaturés, et l’administration d’agonistes de LXR s’accompagne également d’effets indésirables liés à cette régulation, comme une accumulation dérégulée d’acides gras dans le foie et une augmentation du taux de LDLs circulantes. Plusieurs autres mécanismes restent encore à être explorés, comme la synthèse d’acides gras polyinsaturés et les conséquences sur le métabolisme cellulaire. Nos travaux identifient une nouvelle voie régulée entièrement par LXR, le métabolisme des acides gras polyinsaturés. Le récepteur nucléaire LXR régule l’ensemble des enzymes FADS1, FADS2 et ELOVL5, responsables de la synthèse d’acides gras polyinsaturés oméga-6 et oméga-3. Cette régulation s’accompagne d’une incorporation d’acide arachidonique dans les phospholipides, via la régulation de LPCAT3, ce qui prépare les macrophages à une synthèse accrue de dérivés inflammatoires issus de l’acide arachidonique, comme la Prostaglandine E2, suite à une stimulation au lipopolysaccharide. La régulation de cette voie par LXR a également un effet sur le développement de l’athérosclérose, augmentant les taux d’acides gras polyinsaturés oméga-6 et oméga-3 dans les plaques d’athérome. Nos résultats montrent donc que LXR régule la synthèse des acides gras polyinsaturés en plus des acides gras mono-insaturés et de la lipogenèse et que cette régulation a des conséquences sur le profil lipidique des macrophages in vitro et in vivo ainsi que sur leur réponse inflammatoire. / The nuclear receptors LXRα and LXRβ are activated by oxygenated metabolites of cholesterol. They regulate the expression of numerous genes belonging to cholesterol and fatty acids metabolism, and play a central role in inflammation and innate immunity. LXR activation inhibits atherosclerosis development, by increasing cholesterol efflux from macrophages as well as reverse cholesterol transport and biliary excretion. In addition, LXR decreases cholesterol uptake and biosynthesis. Synthetic LXR agonists fed to mice significantly decrease inflammation in atherosclerotic lesions, by inhibiting several inflammatory cytokines. However, LXR also regulate lipogenesis and monounsaturated fatty acids synthesis, and LXR agonists supplementation is accompanied by side effects due to this regulation, such as a deregulated accumulation of fatty acids in the liver and an increase in circulating LDLs. Other mecanisms still need to be characterized, such as polyunsaturated fatty acids synthesis and the consequences on cell metabolism. Our work identify a new pathway regulated by LXR, the metabolism of polyunsaturated fatty acids. The nuclear receptor LXR regulates all enzymes responsible for omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids synthesis, FADS1, FADS2 and ELOVL5. This regulation is accompanied by an increase in arachidonic acid incorporation in phospholipids, via LPCAT3 regulation, which subsequently primes human macrophages for an increased inflammatory metabolites secretion derived from arachidonic acid, such as Protaglandin E2, following a LPS stimulation. The regulation of this pathway by LXR has an effect on atherosclerosis, increasing omega-6 and omega-3 ployunsaturated fatty acids in atheroma plaques. Our results show therefore that LXR regulates polyunsaturated fatty acids synthesis in addition to monounsaturated fatty acids and lipogenesis, and that this regulation has direct consequences on lipid profile of macrophages in vitro and in vivo as well as on their inflammatory response.

Les cellules à mucus intestinales sécrètent des mucines, principalement MUC2, qui forment un gel protecteur. Malgré la place importante des acides gras à chaîne longue (AGCL) dans l'alimentation et leurs liens avec des pathologies où les cellules à mucus sont altérées il n'existe pas d'étude sur leurs impacts sur ces cellules. Mes travaux ont consisté à mettre en lumière ces interactions et à étudier leurs conséquences. In vitro, nous montrons que les AGCL saturés augmentent l'expression de MUC2 et son relarguage alors que les AGCL insaturés les inhibent et que l'acide palmitique favorise la différenciation cellulaire. In vivo, chez des ratons gavés avec de l'huile de palme, la production de MUC2 est augmentée et la perméabilité paracellulaire colique diminuée. Les huiles de colza ou de tournesol ne modifient pas la production de MUC2 et la perméabilité est identique aux contrôles malgré l'augmentation de l'expression de l'occludine. Dans un modèle de syndrome de l'intestin irritable, nous montrons que le gavage avec l'huile de palme, malgré la diminution de l'occludine, restaure la perméabilité et augmente le nombre de cellules à mucus. L'huile de colza et l'huile de tournesol ne corrigent pas le défaut de perméabilité. Parallèlement, deux études chez la souris ont mis en évidence l'impact de certains régimes sur le nombre des cellules à mucus. Ce travail a permis d'identifier les AGCL comme des nutriments capables de moduler les cellules à mucus, de faire émerger une nouvelle piste thérapeutique pour restaurer les populations de cellules à mucus et la perméabilité et d'ouvrir la réflexion sur les impacts de l'augmentation des populations de cellules à mucus chez l'individu sain / Intestinal goblet cells secrete mucins, mainly MUC2, which form a protective mucus gel. Despite the important place of long chain fatty acids (LCFA) in the diet and their links with pathologies where goblet cells are altered, there is no study dealing with their impact on goblet cells. The aim of my work was to highlight these interactions and to study their consequences. In vitro, we show that saturated LCFA increase MUC2 expression and release whereas unsaturated LCFA inhibit these process and that palmitic acid promotes cellular differentiation. In vivo, rat pups receiving oral administration of palm oil show a decrease of colonic paracellular permeability and an increase of MUC2 production. On the opposite, rapeseed and sunflower oils do not change MUC2 production and, intestinal permeability is the same as controls despite the increase of occludin expression. In an animal model of irritable bowel syndrome, palm oil effects are found again. When subjected rat pups to a maternal deprivation stress a few days after birth, they develop an intestinal hyperpermeability and a goblet cell depletion. We show that oral administration of palm oil concomitantly to the stress is able to, despite a decrease of occludin expression, restore the permeability at the level of non-stressed animals and to increase goblet cell number. Rapeseed oil and sunflower oil are not able to correct the increase of intestinal permeability. In parallel, studies in mice show that some types of diets can be associated with an increase of the number of proximal and distal goblet cells. To conclude, this work (i) helped to identify LCFA as nutrients able to modulate intestinal goblet cell number and physiology, (ii) put forward a new therapeutic track, via palmitic acid use, to restore goblet cell populations and intestinal permeability in pathologies associated with these kind of alterations and finally (iii) offered new tracks of reasoning about physiological and pathophysiological impacts of the increase of intestinal goblet cell number in a healthy subject

Les acides docosahexaénoïque (DHA) et arachidonique (ArA), qui appartiennent respectivement aux familles n-3 et n-6, sont présents en grande quantité dans les tissus cérébraux, en particulier dans les phospholipides membranaires. Ces deux acides gras polyinsaturés (AGPI) jouent des rôles essentiels dans le fonctionnement cérébral, notamment dans le neurodéveloppement et la neuroinflammation. De plus, ces AGPI sont des précurseurs de plusieurs médiateurs lipidiques oxygénés impliqués dans divers processus physiologiques et pathologiques.Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse était de caractériser les métabolites oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA dans le cerveau, étape cruciale pour une meilleure compréhension de leurs rôles biologiques dans cet organe. Ainsi, une technique d'analyse à haute performance a été utilisée, la chromatographie liquide couplée à de la spectrométrie de masse en tandem (UHPLC-MS/MS), pour identifier les différents métabolites oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA présents dans les cerveaux de rats exsanguinés et non exsanguinés, que ce soit en conditions basales ou inflammatoires. Ainsi, plusieurs produits oxygénés dérivés du DHA et de l'ArA ont été identifiés et quantifiés dans les cerveaux exsanguinés et non-exsanguinés, à la fois à l'état libre dans le cerveau mais également estérifiés dans les phospholipides. Les métabolites mono-hydroxylés sont les principaux dérivés oxygénés du DHA et de l'ArA, cependant, des quantités mesurables de produits di-hydroxylés, tels que le 8,15-diHETE et la protectine DX, ont également été détectées. L'exsanguination permet de différencier les métabolites oxygénés du tissu cérébral de ceux présents dans le sang. De plus, le métabolisme oxygéné du DHA et de l'ArA est impacté lors d'une inflammation cérébrale. En effet, dans ces conditions, la synthèse de certains métabolites est augmentée, notamment celle de la protectine D1, molécule connue pour ces fortes propriétés anti-inflammatoires. Ces résultats méritent de plus amples recherches dans des conditions pathophysiologiques, notamment lors de maladies neurodégénératives, afin d'observer leur impact sur le métabolisme oxygéné de ces AGPI / Docosahexaenoic (DHA) and arachidonic (ArA) acids, two PUFA which belong to n-3 and n-6 families respectively, are both present at high amount in brain tissues, and especially in membrane phospholipids. These two polyunsaturated fatty acids (PUFA) play important roles in brain functioning, notably in neurodevelopment and neuroinflammation. Moreover, these PUFA are precursors of various oxygenated lipid mediators involved in diverse physiological and pathological processes. In this context, the aim of this work was to characterize oxygenated metabolites derived from DHA and ArA in brain, crucial step for better understanding their biological roles in this organ. For this purpose, a high performance analytical approach was usd, the liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS), in order to identify the different oxygenated metabolites derived from DHA and ArA in exsanguinated and non-exsanguinated brains, both in basal and inflammatory conditions. Several oxygenated products from DHA and ArA were identified and measured in exsanguinated and non-exsanguinated brain, both in the free form and esterified in phospholipids. Mono-hydroxylated metabolites were the main oxygenated derivatives from DHA and ArA, however, measurable amounts of di-hydroxylated products such as 8,15-diHETE and protectin DX, were also detected. Exsanguination allowed discriminating oxygenated metabolites from brain tissue against those in blood brain. Moreover, DHA and ArA oxygenated metabolism was impacted during brain inflammation. Indeed, in these conditions, the synthesis of some metabolites was increased, including that of protectin D1, molecule known for its strong anti-inflammatory properties. These results deserve further research in pathophysiological conditions, especially in neurodegenerative diseases, in order to observe their impact on the oxygenated metabolism of these PUFA

Cette thèse porte sur la conception de carbonates cycliques originaux et d’amines dérivés des huiles végétales dans le but de synthétiser des poly(hydroxyuréthane)s entièrement bio-sourcés. D’une part, deux voies d’accès à des amines dérivées d’acides gras utilisant des conditions douces ont été étudiées. La première consiste en l’oxydation sous air d’alcools aliphatiques en nitriles en présence de TEMPO supporté sur silice, suivi par une hydrogénation des dinitriles en diamines. Egalement, des diènes dérivés d’acides gras ont été couplés à la cystéamine via une chimie thiol-ène, permettant l’accès à des diamines aliphatiques bio-sourcées. D’autre part, des carbonates cycliques substitués à 5 chaînons ont été synthétisés à partir de dérivés d’acides gras et de glycérol, dans le but d’augmenter leur réactivité vis-à-vis de l’aminolyse. En insérant un groupement fonctionnel éther, thio-éther ou ester en position α ou β des carbonates cycliques, la réactivité de ces derniers vis-à-vis des amines a pu être ajustée. L’étude de la sélectivité, des réactions secondaires et de la catalyse de la voie carbonate/amine a été menée afin de mieux appréhender cette voie d’accès à des polyuréthanes sans isocyanates. Des poly(hydroxyuréthane)s entièrement oléo-sourcés ont été synthétisés avec succès, montrant des propriétés physico-chimiques contrôlables selon la structure des monomères. / In this thesis, vegetable oils were used as a platform to design original cyclic carbonates and amines with the goal to synthesize fully bio-based poly(hydroxyurethane)s. On the one hand, two routes to fatty acid-based amines were implemented in mild conditions. First, the oxidation of aliphatic alcohols into nitriles was performed under air in the presence of supported TEMPO on silica, followed by hydrogenation of nitrile compounds into corresponding amines. Second, thiol-ene chemistry was performed on unsaturated fatty acid substrates to design original aliphatic bio-based diamines. On the other hand, substituted 5-membered cyclic carbonates were designed from fatty acids and glycerol derivatives to enhance their reactivity towards aminolysis. By inserting ether, thio-ether or ester functionalities in α- or β-position of the cyclic carbonates, their reactivity towards amines could be tuned. Investigations on the selectivity, side reactions and catalysis of the carbonate-amine reaction were carried out to apprehend this route to non-isocyanate polyurethanes. Fully vegetable oil-based PHUs with tunable physico-chemical properties with respect to the monomer structures could be easily achieved.

La bactérie Helicobacter pylori est responsable de l’infection la plus répandue dans la population mondiale. Cette bactérie est considérée comme le principal agent étiologique de la gastrite chronique, de l’ulcère duodénal et du cancer gastrique non-héréditaire. La thérapeutique prescrite pour l’éradication de cette infection est inefficace pour un nombre de plus en plus élevé de patients, dû à l’induction constante de souches résistantes aux antibiotiques habituellement prescrits.H. pylori a aussi d’autres façons d’assurer sa survie dans le milieu gastrique que l’induction de résistances aux antibiotiques. En particulier en intéragissant avec le cholestérol des cellules épithéliales gastriques. De ce fait, l’utilisation de molécules inhibitrices de la croissance de H. pylori, autres que les antibiotiques classiques, est une stratégie importante pour combattre cette infection.L’objectif majeur de ce travail a été de mettre en évidence de nouvelles molécules inhibitrices de la croissance et de la viabilité de H. pylori, permettant ainsi le développement de solutions alternatives à la thérapeutique classiquement utilisée. Les acides gras polyinsaturés et l’acide docosahexaenoic (DHA) se mettre en lumière pour réunir incontestable propriété anti-inflammatoires et anti-tumoral. Nous avons émis l’hypothèse que le DHA influence la survie de H. pylori, et peut moduler la disponibilité des acides gras et du cholestérol cellulaires.Nos résultats montrent que le DHA inhibe la croissance de H. pylori in vitro et affecte sa capacité à coloniser la muqueuse gastrique dans le modèle souris. Dans ces conditions, le DHA diminue la réponse inflammatoire gastrique induite par l’infection. Au niveau des cellules épithéliales gastriques, des modifications du profil des acides gras et du cholestérol avec des conséquences sur le métabolisme et la signalisation cellulaire sont observées. De plus, un traitement antibiotique classique combiné à une administration de DHA aux souris infectées diminue de façon drastique la récidive de l’infection. En conclusion, cette étude démontre un effet inhibiteur du DHA sur l’infection par H. pylori et sa récidive. Ces résultats justifient la proposition du DHA comme coadjuvant thérapeutique, constituant ainsi une stratégie prophylactique alternative de l’éradication de l’infection par H. pylori. / H. pylori infection is extremely common worldwide and is recognized as a major etiological factor in chronic active gastritis, gastric duodenal ulcers and gastric cancer development. H. pylori eradication treatment has not changed to a large extent in the last decades and can raise some concern mainly due to recurrence of infection, and most importantly, acquired resistance to classically used antibiotics. In this context, the use of compounds other than antibiotics that could decrease H. pylori infection in a safe way could provide an alternative to tackle this problem. It is known that H. pylori extracts cholesterol from host cell-membrane rafts, modifies it into an α-glycosylated form, and uses this mechanism to increase its survival. The main aim of this thesis work was to explore the role of different non-antibiotic molecules in inhibiting H. pylori growth. Among molecules known to affect in vitro H. pylori growth and viability are certain polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Within the many molecules available, we concentrated our efforts on the study of docosahexaenoic acid (DHA). We also pursued the hypothesis that DHA affects survival of H. pylori by modulating the host epithelial cell levels of fatty acids and cholesterol availability.Our results show that DHA inhibits H. pylori growth both in vitro and in vivo, and attenuates the host inflammatory response. Additionally, we demonstrate that DHA induces morphological and cell wall protein composition changes that altogether decrease bacteria-gastric epithelial cell adherence, inflammation and survival. Also, we demonstrated that DHA alters cholesterol levels in epithelial cells, thereby influencing H. pylori ability to uptake and use epithelial cholesterol. This will ultimately impair H. pylori survival. Importantly, the combination of DHA and antibiotic standard treatment decreased the recurrence of H. pylori infection in a mouse model. Our results have gathered important evidence to pave the way for DHA use in the clinical setting and in prophylactic/preventive strategies against H. pylori infection.

La production de microalgues en hétérotrophie présente plusieurs avantages pour la production de biocarburants par rapport à la production autotrophe, comme une productivité plus importante en termes de biomasse et de lipides. Cependant, le développement industriel de ce procédé est limité par les coûts de productions associés au substrat organique (i.e. glucose) et à ceux liés à la stérilisation des fermenteurs. Les effluents de fermentation sombre, composés principalement d’acétate et de butyrate, pourraient être utilisés comme milieux de culture peu onéreux pour la culture hétérotrophe ou mixotrophe de microalgues. Les objectifs de cette thèse étaient i) de mieux appréhender la croissance algale sur des mélanges variés d’acétate et de butyrate en fonction de la présence ou l’absence de lumière et de la température de croissance et ii) d’évaluer la faisabilité d’utiliser des effluents de fermentation non stérilisés pour soutenir la croissance de microalgues oléagineuses. Tout d’abord, un modèle basé sur des bilans de masse a été construit afin de caractériser la croissance hétérotrophe de Chlorella sorokiniana et Auxenochlorella protothecoides (taux de croissance et rendements) sur des mélanges d’acétate et de butyrate. Les résultats ont montré que le rapport acétate:butyrate et la concentration en butyrate étaient deux paramètres clés pour soutenir la croissance hétérotrophe. Puis, il a été démontré que la présence de lumière et l’utilisation d’une température suboptimale (30 °C) pour la croissance algale permettaient de réduire l’inhibition du butyrate en permettant une production de biomasse autotrophe ou en améliorant la croissance sur acétate. Enfin, il a été montré que les microalgues peuvent être compétitives sur l’acétate lors de la croissance sur des effluents bruts de fermentation sombre en présence de bactéries fermentaires, grâce à la croissance rapide des microalgues sur acétate (1.75 j-1) et à un changement drastique des conditions de culture peu favorables à la croissance des bactéries d’origine fermentaire. / Growing microalgae in heterotrophic mode present several advantages over autotrophic mode such as a higher productivity in terms of biomass and lipids for biofuels production. Nevertheless, this process is limited by the production cost associated with the organic substrate (i.e. glucose) and fermenters sterilization costs. Dark fermentation effluents, mainly composed of acetate and butyrate, could be used as a low-cost medium to grow microalgae heterotrophically or mixotrophically. The aims of this PhD were i) to optimize microalgae growth on various mixtures of fermentations metabolites using the presence or absence light and different cultivation temperatures and ii) to assess the feasibility of using unsterilized fermentation effluents. First, a model based on mass balance was built to characterize heterotrophic growth rates and yields when Chlorella sorokiniana and Auxenochlorella protothecoides were supplemented with different mixtures of acetate and butyrate. Results showed that the acetate:butyrate ratio and the butyrate concentration per se were two key parameters for promoting heterotrophic growth. Then, further studies showed that the presence of light and the use of suboptimal temperature (30 °C) could reduce the butyrate inhibition on growth by either triggering autotrophic production of biomass or enhancing growth on acetate. Finally, it was shown that microalgae could outcompete fermentation bacteria for acetate when growing on raw dark fermentation effluents, thanks to a fast algal growth on acetate (1.75 d-1) and a drastic change of culture conditions to the detrimental of bacterial growth.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet SMILE de Microphyt qui vise à proposer une gamme d’ingrédients naturels issus de microalgues afin de répondre à deux enjeux sociétaux majeurs : le surpoids/obésité et le déclin des fonctions cognitives liées à l’âge (DCLA). Les acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI-w3) et la fucoxanthine (Fx) ont des activités prouvées contre les voies métaboliques liées à la prise de poids et aux DCLA. C’est dans ce contexte que les efforts se sont tout d’abord focalisés vers la sélection de deux espèces de microalgues brunes dont le critère principal a été la productivité en ces molécules d’intérêts. Deux souches des espèces Tisochrysis lutea et Phaeodactylum tricornutum ont alors été sélectionnées du fait de leurs fortes teneurs et productivités en AGPI-w3 et Fx, pour être par la suite cultivées à l’échelle de 5000 L dans des photobioréacteurs (PBR) industriels Camargue©. Dans un second temps, les travaux ont porté sur l’optimisation des procédés post-culture pour les deux espèces, c’est-à-dire, de la récolte de la biomasse à l’obtention d’un extrait, afin de garantir la sécurité, la stabilité et l’efficacité des produits finis. L’étude des procédés de récolte/concentration de la culture a montré leur influence sur les classes lipidiques et l’apparition d’acides gras sous forme libre (AGL), engendrés par les stress mécaniques et thermiques subis par la biomasse lors de cette étape. La formation de ces AGL a pu être limitée par l’utilisation de la filtration tangentielle et de la centrifugation dans certaines conditions. De plus, le lien entre procédé et activité a été souligné via une étude sur modèle cellulaire CaCo2 : les AGL pourraient être à l’origine d’une cytotoxicité accrue des extraits. Enfin, l’optimisation des conditions de co-extraction des AGPI-w3 et de la Fx a abouti à la sélection d’un solvant éco-compatible (éthanol) et a mis en lumière le fort impact de la granulométrie et du ratio solvant/biomasse sur les rendements d’extractions. / This thesis is part of Microphyt's SMILE project, which aims to propose a range of natural ingredients derived from microalgae. The main objective of this project is to respond to two major societal issues: overweight/obesity and the decline of age-related cognitive functions (DCLA). Omega- 3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and fucoxanthin (Fx) have proven activities against the metabolic pathways associated with weight gain and DCLA. In this context, the first efforts were initially directed towards the selection of two species of brown microalgae with their productivity in these molecules of interest as the main criterion. Two strains of the species Tisochrysis lutea and Phaeodactylum tricornutum were then selected as raw materials rich in PUFAs and Fx and were grown at a 5,000 L scale in Camargue© photobioreactors. The work then focused on optimizing the downstream processing steps to the cultivation of microalgae in order to guarantee the safety, stability and efficiency of the final products. Harvesting processes had, in particular, through the mechanical stress generated, an impact on lipid classes and the appearance of free fatty acids (FFA) in the studied species. A CaCo2 cell model study has suggested that FFA may be responsible for increased cytotoxicity of extracts. The formation of FFA during the concentration stage could be limited by the use of tangential filtration and centrifugation under certain conditions. Finally, the optimization of the co-extraction conditions of PUFAs and Fx resulted in the selection of an eco-friendly solvent (ethanol) and highlighted the strong impact of particle size and solvent/biomass ratio on extraction yields.