La nanotechnologie possède la potentialité d’améliorer la sécurité, les procédés, l’emballage alimentaire et le concept d’ingrédient fonctionnel. La nano-encapsulation d’agents actifs, est un concept innovant permettant de protéger les agents actifs d’une dégradation éventuelle pendant le procédé de fabrication de l’aliment et son stockage. Le principal objectif de ce travail est de développer et d’optimiser une méthode de marquage fluorescent afin d’effectuer des études de transfert dans différents films de bio-polymères et dans l’aliment et de nano-encapsuler la nisine. La nano-encapsulation de la nisine dans différents nano-liposomes par micro-fluidisation (CCDS) est une technique innovante pour la fabrication de nano-systèmes de re-largage. L’incorporation de nisine sous forme de nano-émulsion est une méthode efficace de contrôle des flores pathogènes sans altérer les caractéristiques des films d’HPMC. La nisine Z a été marquée par un composé fluorescent, et a une masse moléculaire de 3713,3. Des études en microscopie confocale ont permis de démontrer que l’interaction de la nisine avec les membranes bactériennes se situait au niveau de site de division de la cellule. L’HPMC, le chitosane, le caséinate et l’acide poly-lactique agissent comme des réservoirs et libèrent progressivement la nisine afin d’obtenir un effet inhibiteur durable. Le choix du biopolymère affecte la biodispinibilité du composé à la surface et à l’intérieur de l’aliment. La prochaine révolution concernant la sécurité alimentaire par l’emballage mettra en avant le dernier concept technologique « 3-BIOs » qui se réfère aux notions Bioactif - Biodégradable - Bionanocomposite / Food nanotechnology has the potential to improve food safety and bio-security, food processing, food packaging and functional ingredients. Nano-encapsulation of active agents is an innovative concept to protect them against possible denaturation during processing and storage. The overall objective of the present work was to optimize and develop fluorescent labeling and encapsulation of nisin for molecular transfer study in different packaging based on biopolymers and in the food. Nanoencapsulation of nisin in different nanoliposomes by using continuous cell disruption system (CCDS) has provided an innovative method for nano-delivery systems fabrication. Incorporation of nisin in nano-emulsion form (encapsulated and free) can possibly be an effective approach to control pathogen without compromising the basic physico-chemical attributes of composite HPMC coatings. The fluorescently labeled nisin Z prepared had a molecular weight of 3717.3 Da. Confocal microscopic studies demonstrated the interaction of nisin with the bacterial membranes at the cell-division sites as possible mechanism of action against food borne pathogen. HPMC, CTS, SC and PLA packaging bio-membranes act as a reservoir and progressively release nisin to sustain a constant inhibitory effect. Choice of biopolymer is significant in providing requisite bioavailability of antimicrobial compounds at exterior surface and inside the food system. Based on the present study results, the emerging revolution concerning food safety through packaging possibly will rely on « 3-BIOs » blend with nanotechnology, which refers to Bioactive, Biodegradable and Bio-nanocomposite

Travail en codirection avec M. Frédéric Raymond / Avec la présente augmentation de la résistance aux antibiotiques et l’inquiétude des consommateurs, de nouvelles alternatives sont nécessaires afin de contrôler l’entérite nécrotique (EN), une maladie causant des millions de dollars en pertes économiques pour l’industrie de la volaille mondialement. Les bactériocines sont des peptides antimicrobiens produits par une bactérie pour tuer ou inhiber la croissance d’autres compétiteurs bactériens. La perfrine est la seule bactériocine reportée associée aux souches pathogènes de Clostridium perfringens, l’agent causal de l’EN. Les objectifs de cette étude étaient de détecter les souches commensales de Clostridium perfringens possédant une activité antimicrobienne contre des souches pathogènes de C. perfringens et d’identifier et caractériser les bactériocines produites. Les souches commensales de C. perfringens ont été sélectionnées à partir de notre banque de souches. L’activité antimicrobienne de ces souches a été testée contre des souches pathogènes de C. perfringens en utilisant la méthode d’inhibition sur gélose. Une souche commensale active démontrant une activité antimicrobienne a été cultivée et ses bactériocines ont été partiellement purifiées grâce à la précipitation au sulfate d’ammonium et par chromatographie (HPLC). À la suite de chaque chromatographie, l’activité antimicrobienne des fractions a été vérifiée en utilisant la méthode décrite précédemment afin de choisir les fractions contenant les bactériocines. La susceptibilité enzymatique, la stabilité à la chaleur et au pH et le poids moléculaire estimé des bactériocines ont été caractérisés. Les bactériocines étudiées étaient sensibles à la protéinase K, thermolabiles, stables à pH entre 4 et 8 et leur poids moléculaire étaient supérieur à 30 kDa. Le génome de la souche CP1676 a été séquencé et des analyses bio-informatiques ont été réalisées. Nous avons trouvé 28 séquences de bactériocines potentielles, mais seulement 4 d’entre elles semblaient être prometteuses. Dans cette étude, des souches commensales de C. perfringens produisant des bactériocines actives contre des souches pathogènes ont été identifiées. Ces bactériocines pourraient devenir une alternative intéressante aux antibiotiques afin de contrôler l’entérite nécrotique, mais davantage d’information est nécessaire. / With the current increase in antimicrobial resistance and consumers’ concern, new alternatives are needed to control necrotic enteritis (NE), a disease that causes billions of dollars in economic losses to the poultry industry worldwide. Bacteriocins are antimicrobial peptides produced by bacteria to kill or inhibit the growth of other bacterial competitors. Perfrin is the only reported bacteriocin associated with pathogenic strains of Clostridium perfringens, the causal agent of NE. The aims of this study were to screen for commensal Clostridium perfringens strains with an antimicrobial activity against C. perfringens pathogenic strains and to identify and characterize the produced bacteriocins. Commensal C. perfringens strains were selected from our bacterial collection. Antimicrobial activity of those selected strains was tested against C. perfringens pathogenic strains using the agar spot test method. An active commensal strain showing antimicrobial activity was cultured and its bacteriocins were partially purified using the ammonium sulfate precipitation method and HPLC. After each chromatography, antimicrobial activity of fractions was tested using the method described above to choose fractions containing bacteriocins. Enzyme susceptibility, heat and pH stability and the estimated molecular weight of the bacteriocins were characterized. The studied bacteriocins were sensitive to proteinase K, thermolabile, stable at pH between 4 and 8 and their molecular weight higher than 30 kDa. CP1676 strain genome was sequenced and bioinformatics were performed. We found 28 potential bacteriocin sequences, but 4 of them seemed to be promising. In this study, commensal C. perfringens strains producing bacteriocins active against pathogenic strains have been identified. These bacteriocins could be an interesting alternative to antibiotics for the control of necrotic enteritis but further data is still needed.

La mésentéricine Y105 est une bactériocine de sous-classe IIa produite par Leuconostoc mesenteroides Y105. Pour comprendre le mécanisme de l'activité anti-Listeria de ce peptide et plus généralement des bactériocines de classe IIa, l'étude des relations existant entre la structure et la fonction de ce peptide a été envisagée. Dans ce but, une collection de mésentéricines Y105 modifiées au niveau d'un résidu a été produite. Afin d'obtenir ces dérivés de bactériocine, une méthode de mutagenèse aléatoire par PCR a été mise en place pour générer des séquences d'ADN, codant la bactériocine mature, modifiées sur un seul codon. Dans un deuxième temps, une méthode de production hétérologue de ces peptides mutés a été développée en utilisant d'une part un vecteur portant les gènes de structure des bactériocines, et d'autre part, un vecteur permettant l'expression de l'immunité et du transport de ces peptides. Un outil de production universelle de peptide a été élaboré. L'étude de l'impact des mutations sur l'activité antagoniste, la structure secondaire (analysée par dichroïsme circulaire en présence de trifluoroéthanol ou de micelles de lysophosphatidylcholine), la structure tridimensionnelle (prédite) et l'interaction de la mésentéricine Y105 avec des environnements mimant les membranes cibles (méthode d'extinction de la fluorescence intrinsèque du tryptophane) a été réalisée. Enfin, une analyse par résonance magnétique nucléaire (RMN) a été effectuée sur la bactériocine sauvage pour déterminer sa structure tridimensionnelle. De l'ensemble de ces données, un modèle d'action est proposé pour la mésentéricine Y105, ce modèle peut être étendu aux bactériocines de structure proche.

Nous avons étudié la présence de bactéries lactiques capables de produire des bactériocines dans des fromages traditionnels Slovènes. Dans cinq échantillons de Tolminc (fromage au lait de vache) et quatre échantillons de Kraški ovčji sir (fromage au lait de brebis), nous avons recherché la présence de 19 gènes de bactériocines par PCR. L'ADN a été extrait directement à partir des fromages ainsi qu'à partir de consortia microbiens de ces fromages isolés sur gélose CATC, Rogosa et M17. Nous avons utilisé des tests par diffusion sur gélose pour déterminer l'activité antimicrobienne des consortia sur différentes bactéries indicatrices. L'activité anti-staphylococcique a aussi été déterminée in situ dans du lait et du fromage. L'avantage compétitif des souches productrices de bactériocines a été évalué en effectuant des repiquages successifs des consortia dans du lait. Lors de ces essais, nous avons suivi la présence de différents déterminants génétiques de bactériocines ainsi que l'activité antimicrobienne des consortia. Ces mêmes propriétés ont aussi été déterminées pour des souches individuelles productrices de bactériocines, qui ont été isolées du consortium initial ou de consortia obtenus après propagation dans le lait. La mise en évidence de gènes de bactériocines par PCR dépendait de l'efficacité d'extraction de l'ADN. L'extraction de l'ADN total était plus efficace lorsque l'homogénéisation du fromage était réalisée avec une solution de citrate de sodium. Dans l'ADN issu des fromages et consortia microbiens, nous avons détecté plusieurs gènes de bactériocines. Leur nombre diminuait lors de la propagation dans le lait, ce qui indique un faible avantage compétitif des souches productrices de bactériocines. Les résultats n'ont montré un avantage compétitif que pour des souches comportant des déterminants génétiques de la cytolysine. Nous n'avons détecté une production de bactériocines dans les fromages que lorsque qu'une culture pure d'une souche productrice de nisine A a été ajoutée. La différence entre la détection de déterminants génétiques de bactériocines et l'activité antimicrobienne montre la complexité qui relie ces deux propriétés.En raison des limitations concernant les tests par diffusion sur gélose pour détecter l'expression des gènes in situ, nous avons mis en place une méthode moléculaire basée sur la reverse transcription et la PCR en temps réel. Cette méthode sera très utile pour de futures études concernant le rôle des bactériocines dans les fromages.

Nous avons étudié la présence de bactéries lactiques capables de produire des bactériocines dans des fromages traditionnels Slovènes. Dans cinq échantillons de Tolminc (fromage au lait de vache) et quatre échantillons de Kraški ovčji sir (fromage au lait de brebis), nous avons recherché la présence de 19 gènes de bactériocines par PCR. L'ADN a été extrait directement à partir des fromages ainsi qu'à partir de consortia microbiens de ces fromages isolés sur gélose CATC, Rogosa et M17. Nous avons utilisé des tests par diffusion sur gélose pour déterminer l'activité antimicrobienne des consortia sur différentes bactéries indicatrices. L'activité anti-staphylococcique a aussi été déterminée in situ dans du lait et du fromage. L'avantage compétitif des souches productrices de bactériocines a été évalué en effectuant des repiquages successifs des consortia dans du lait. Lors de ces essais, nous avons suivi la présence de différents déterminants génétiques de bactériocines ainsi que l'activité antimicrobienne des consortia. Ces mêmes propriétés ont aussi été déterminées pour des souches individuelles productrices de bactériocines, qui ont été isolées du consortium initial ou de consortia obtenus après propagation dans le lait. La mise en évidence de gènes de bactériocines par PCR dépendait de l'efficacité d'extraction de l'ADN. L'extraction de l'ADN total était plus efficace lorsque l'homogénéisation du fromage était réalisée avec une solution de citrate de sodium. Dans l'ADN issu des fromages et consortia microbiens, nous avons détecté plusieurs gènes de bactériocines. Leur nombre diminuait lors de la propagation dans le lait, ce qui indique un faible avantage compétitif des souches productrices de bactériocines. Les résultats n'ont montré un avantage compétitif que pour des souches comportant des déterminants génétiques de la cytolysine. Nous n'avons détecté une production de bactériocines dans les fromages que lorsque qu'une culture pure d'une souche productrice de nisine A a été ajoutée. La différence entre la détection de déterminants génétiques de bactériocines et l'activité antimicrobienne montre la complexité qui relie ces deux propriétés.En raison des limitations concernant les tests par diffusion sur gélose pour détecter l'expression des gènes in situ, nous avons mis en place une méthode moléculaire basée sur la reverse transcription et la PCR en temps réel. Cette méthode sera très utile pour de futures études concernant le rôle des bactériocines dans les fromages. / We examined the presence of lactic acid bacteria (LAB) able to produce different bacteriocins in traditional Slovenian cheeses. In five samples of Tolminc cheese (from cows' milk) and four samples of Kraški ovčji sir (from ewes' milk) we looked for the presence 19 LAB bacteriocins' gene determinants using PCR. The DNA analysed was extracted directly from cheese samples as well as from cultivable microbial consortia of cheese which were isolated on CATC, Rogosa and M17 agar media. We used diffusion tests to determine the antimicrobial activity of microbial consortia against different indicator bacteria. Anti-staphylococcal activity was also determined in situ in milk and cheese. Competitive advantage of bacteriocinogenic strains was examined by consecutive propagation of microbial consortia in milk. During this we followed the presence of different bacteriocin gene determinants and antimicrobial activity of microbial consortia. The same properties were also determined for individual bacteriocinogenic strains that were isolated from initial consortia and from consortia obtained after propagation in milk. The success of finding bacteriocin gene determinants with PCR depended greatly on the efficiency of DNA extraction. The extraction of total DNA was the most successful when sodium citrate was used for cheese homogenisation. In DNA of different cheeses and microbial consortia we detected a number of bacteriocin gene determinants. Their number was reduced during the process of propagation in milk, which indicates a poor competitive advantage of some bacteriocinogenic strains. The results demonstrated competitive advantage only for strains that carried gene determinants for cytolysin. We detected bacteriocin activity in cheese only when monoculture of nisin A producer was added. The discrepancy between detected bacteriocin gene determinants and antimicrobial activity shows the complexity that links these two properties. This method will be very useful in the future studies of the role of bacteriocins in cheese.

Le stress gastro-intestinal représente une condition physiologique cruciale rencontrée par les bactéries probiotiques durant le transit digestif. En effet, ces bactéries ingérées doivent survivre et exprimer leurs fonctions métaboliques spécifiques sous les conditions acides dans l'estomac, et en présence de bile dans l'intestin. Dans le cadre de ce projet de maîtrise, nous proposons d'étudier l'effet d'un stress gastro-intestinal sur la capacité de certaines souches de bactéries lactiques et probiotiques à produire leur bactériocines. Deux souches commerciales à savoir Lactococcus lactis subsp. lactis biovar diacetylactis UL719 et Pediococcus diacetilactici UL5, et une souche récemment isolée et caractérisée à partir de fèces de nouveaux- nés à savoir Bifidobacterium thermophilum RBL67, souches productrices de la nisine Z, de pediocine PA-1 et de composés anû-Listeria, ont été utilisées respectivement. Dans un premier temps, l'effet du pH acide (pH 2.0), de la bile (0.3%) de même que leur combinaison (acide/bile) sur la capacité de ces souches à produire leurs substances inhibitrices ont été testées dans un milieu simulant le suc gastrique et intestinal. Deuxièmement et afin de confirmer la capacité de Lac. diacetylactis et de B. thermophilum à survivre et à produire des bactériocines durant le stress gastro-intestinal, les résultats obtenus ont été confirmés en utilisant un simulateur dynamique in vitro du tube digestif (modèle TIM-1). Les deux souches ont montré une résistance à l'acide gastrique. Cependant, leur survie a été réduite dans le duodénum due à la présence de bile. Lac. diacetylactis UL719 était beaucoup plus tolérante à la bile que B. thermophilum RBL67. Des colonies dans chaque compartiment ont été isolées afin d'évaluer l'impact du stress gastro-intestinal sur la capacité des souches testées à produire des acides organiques et des bactériocines. Les résultats ont indiqué que le passage sur le modèle gastro-intestinal et l'exposition à différentes conditions de stress n'ont pas affecté la production d'acides organiques et de bactériocines par les deux souches testées.