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.

Les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin sont caractérisées par une inflammation anormale et récurrente du tractus digestif. De nombreuses études ont démontré des effets bénéfiques de souches probiotiques anti-inflammatoires recombinantes ou non. La première partie de cette thèse décrit différentes stratégies d'optimisation de souches de bactéries lactiques en tant que vecteurs de protéines d'intérêt santé. Nous avons ainsi démontré qu'une modification du peptidoglycane de la paroie de Lactococcus lactis influençant la lyse bactérienne ne permettait pas de moduler l'immunogénicité de l'antigène E7 délivré par L. lactis. Nous avons également démontré que la nature du vecteur bactérien était un paramètre essentiel dans la vectorisation de la protéine délivrée : ainsi l'espèce Bifidobacterium infantis induit une réponse immunitaire spécifique à l'antigène E7 supérieure à celle obtenue avec les vecteurs L. lactis et Lactobacillus plantarum. La deuxième partie de cette thèse porte sur l'étude des effets anti-inflammatoires de bactéries recombinantes ou non. Nous avons ainsi démontré que la souche Lb. casei BL23 produisant une superoxyde dismutase à manganèse permettait de diminuer significativement des colites murines induites par administration de dextran sodium sulfate. Enfin, nous avons mis en évidence des propriétés anti-inflammatoires sur divers modèles d'inflammation in vitro / in vivo de Faecalibacterium prausnitzii, première bactérie commensale anti-inflammatoire identifiée sur la base de données cliniques humaines.

Thesis (MScFoodSc)--Stellenbosch University, 2004. / ENGLISH ABSTRACT: The regular consumption of probiotics is becoming a recognized trend in the food industry due to several reported health benefits. A probiotic is defined as a live microbial feed supplement that beneficially affects the host animal by improving its intestinal microbial balance. A wide variety of probiotic food products are available on the South African market and comprise an assortment of fermented milks, as well as lyophilized preparations in tablet or capsule form. Strains of Lactobacillus acidophilus and Bifidobacterium species are mostly used as probiotic microbes in the industry due to their health enhancing effect. The survival of sensitive probiotic microbial species in food matrices are influenced by various factors such as oxygen concentration, pH levels and manufacturing and storage conditions. These should be considered and monitored as the South African food and health regulations stipulate that probiotic microbes should be present at a concentration of 10⁶ cfu.ml ̄ ¹' in order to exert a beneficial effect. Some health benefits are also correlated to specific microbial species and strains and these factors have resulted in the need for the rapid and accurate identification of probiotic microbes present in food products. The probiotic microbes present in probiotic yoghurts and supplements have in the past been identified using traditional methods such as growth on selective media, morphological, physiological and biochemical characteristics. However, even some of the most sophisticated cultural-dependant techniques are not always sufficient for the identification and classification of especially Bifidobacterium, as well as closely related Lactobacillus species. Molecular techniques are more often employed for the rapid and accurate detection, identification and characterization of microbial species present in food products. The aim of this study was to detect and identify the probiotic species present in various commercial South African yoghurts and lyophilized preparations using peR-based DGGE analysis. A 200 bp fragment of the V2-V3 region of the 16S rRNA gene was amplified and the peR fragments were resolved by DGGE. The unique fingerprints obtained for each product were compared to two reference markers A and B in order to identify the bands present. The results obtained were verified by species-specific peR, as well as sequence analyses of bands that could not be identified when compared to the reference markers. Only 54.5% of the South African probiotic yoghurts that were tested did contain all the microbial species as were mentioned on the labels of these products, compared to merely one third (33.3%) of the lyophilized probiotic food supplements. Some Bifidobacterium species were incorrectly identified according to some product labels, while other products contained various microbes that were not mentioned on the label. Sequence analysis confirmed the presence of a potential pathogenic Streptococcus species in one of the yoghurt products and in some instances the probiotic species claimed on the labels were non-scientific and misleading. The data obtained in this study showed that the various South African probiotic products tested were of poor quality and did not conform to the South African regulations. peR-based DGGE analysis proofed to be a valuable approach for the rapid and accurate detection and identification of the microbial species present in South African probiotic products. This could help with future implementation of quality control procedures in order to ensure a reliable and safe probiotic product to the consumer. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gereelde inname van probiotiese produkte is besig om In erkende tendens in die voedselindustrie te word, as gevolg van verskeie gesondheidsvoordele wat daaraan gekoppel word. In Probiotika word gedefinieer as In voedingsaanvulling wat uit lewendige mikrobes bestaan en wat In voordelige effek op mens of dier het deur In optimale mikrobiese balans in die ingewande te handhaaf. In Wye verskeidenheid probiotiese voedselprodukte is tans beskikbaar op die Suid- Afrikaanse mark. Hierdie bestaan hoofsaaklik uit verskeie gefermenteerde melkprodukte asook 'n reeks tablette en kapsules wat probiotiese mikrobes in gevriesdroogde vorm bevat. Lactobacillus acidophilus tipes en Bifidobacterium spesies word die algemeenste in die voedselindustrie gebruik aangesien hierdie spesifieke mikrobes bekend is om goeie gesondheid te bevorder. Die oorlewing van sensitiewe probiotiese mikrobiese spesies in voedsel matrikse word beïnvloed deur faktore soos suurstof konsentrasie, pH-vlakke en vervaardigings- en opbergings kondisies. Hierdie faktore moet in aanmerking geneem word en verkieslik gemonitor word aangesien die Suid-Afrikaanse voedsel en gesondheids regulasies stipuleer dat probiotiese mikrobes teen In konsentrasie van 10⁶ kolonie vormende eenhede per ml teenwoordig moet wees om In voordelige effek te toon. Sommige gesondheidsvoordele word direk gekoppel aan spesifieke mikrobiese spesies en spesie-tipes. Hierdie faktore het gelei tot In groot aanvraag na vinnige en akkurate metodes vir die identifikasie van probioties mikrobes in voedselprodukte. Die probiotiese mikrobes teenwoordig in probiotiese joghurts en ook die gevriesdroogde vorms in tablette en kapsules, was al geïdentifiseer deur gebruik te maak van tradisionele metodes soos groei op selektiewe media, morfologiese, fisiologiese en biochemiese eienskappe. Selfs van die mees gesofistikeerde kultuur-afhanklike tegnieke is egter nie altyd voldoende vir die identifikasie en klassifikasie van veral Bifidobacterium en na-verwante Lactobacillus spesies nie. Molekulêre metodes word dikwels aangewend vir die vinnige en akkurate deteksie, identifikasie en karakterisering van mikrobes teenwoordig in voedselprodukte. Die doel van hierdie studie was om die probiotiese mikrobes teenwoordig in verskeie Suid-Afrikaanse joghurts en gevriesdroogde aanvullings, te identifiseer deur gebruik te maak van polimerase kettingreaksie (PKR)-gebaseerde denaturerende gradiënt jelelektroforese (DGGE) analise. 'n PKR fragment van 200 bp van die V2-V3 gedeelte van die 16S ribosomale RNS (rRNS) geen is geamplifiseer, en die PKR fragmente is geskei met behulp van DGGE. Die unieke vingerafdrukke wat verkry is vir elke produk is teen twee verwysings merkers A en B vegelyk om die bande teenwoordig in die profiele te identifiseer. Die resultate is bevestig deur spesies-spesifieke PKR en ook deur die ketting volgordes van die DNS fragmente te bepaal wat nie geïdentifiseer kon word deur vergelyking met die verwysings merkers nie. Slegs 54.5% van die Suid-Afrikaanse probiotiese joghurts wat getoets is het al die mikrobiese spesies bevat soos aangedui was op die etikette van hierdie produkte, teenoor slegs 'n derde (33.3%) van die gevriesdroogde voedingsaanvullings. Sekere Bifidobacterium spesies is verkeerd geïdentifiseer op sommige van die produk etikette, terwyl ander produkte verskeie mikrobes bevat het wat nie op die etiket aangedui was nie. 'n Potensiële patogeniese Streptococcus spesie is in een van die joghurt produkte gevind soos bevestig deur DNS kettingvolgorde bepalings. In sommige gevalle was die probiotiese spesienaam wat aangedui is op die etiket onwetenskaplik en misleidend. Die resultate wat uit hierdie studie verkry is dui aan dat die Suid-Afrikaanse probiotiese produkte wat getoets is van 'n swak gehalte is en nie aan die Suid- Afrikaanse regulasies voldoen nie. Daar is getoon dat PKR-gebaseerde DGGE analise 'n waardevolle tegniek kan wees vir die akkurate deteksie en identifisering van die mikrobiese spesies teenwoordig in probiotiese produkte. Dit kan help met die toekomstige implementering van kwaliteitskontrolerings prosedures om 'n mikrobiologiese betroubare en veilige produk aan die verbruiker te verseker.

This Diploma thesis deals with preparation of probiotic cultures Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei and Bifidobacterium breve enriched with prebiotics meant for application in baby food products. Natural extracts from matcha, moringa, young beat, young barley, chlorella and spirulina were selected as prebiotics. The theoretical part is focused on probiotic bacteria, their biological effects and their effects on the child´s body. The experimental part deals with the cultivation of probiotic bacteria with plant extracts, monitoring their viability and stabilization in an encapsulated form. Mixtures of probiotic cells with prebiotics were encapsulated into alginate particles to increase stability. Some of the alginate particles were processed by freeze drying. Mixtures of probiotic cultures with plant extracts were subjected to model human digestion by the action of model digestive juices in unencapsulated, encapsulated and lyophilized form. Selected extracts of plant materials were characterized in terms of amount of total and reducing sugars, total phenolic substances, individual phenolic substances and antioxidant activity. Further, two baby commercial dietary supplements containing probiotics were selected, which were characterized in terms of cell number and viability. Probiotic products were also subjected to model digestion.

The aim of present work is cultivation of probiotic bacteria L. acidophilus, B. breve and B. longum in such a way that the culture forms cells clusters or comprehensive biofilm on the variety of free carriers. Biofilm formation of L. acidophilus on the silica from point of view bile and acid tolerance in gastrointestinal tract was studied. While the number of living cells in planktonic form (planktonic form) at pH 1 fell by 30 %, the viability of the biofilm cells was maintained to 90 % under the same environmental conditions. The biofilm culture showed also the protection against environment contained bile. Furthermore, the possibilities of drying procedures of biofilm cultures used as commercial technologies in pharmaceutical industry were studied. The comparison of freeze-drying and fluidization bed drying showed, that freeze-drying is more suitable method, which is able to achieve higher amount of viable cells after drying than fluidization bed drying. The effectivity of freeze-drying method is dependent on the selection of suitable cryprotective medium. In this case, about 90 % higher viability after freeze drying was achieved in comparison with fluidization bed drying. Finally, the industrial processing of probiotic strains into the solid dosage form was studied. Tablets should be produced at hardness between 70 and 90 N and water activity of tablet mixture can be maintained below 0.3. Consequently, the drying step of the tablets in a hermetically closed space with at least 10 % of silica gel must be ensured. Thereafter, the tablets contain (5.4 ± 0.7)109 viable cells after 6 months of drying process. Capsule production technology has no significant effect on the cell‘s viability during production. The triplex blistering foil for primary blistering of probiotic capsules was chosen. The triplex foil, which has low values of water vapour transition rate (0.07 g H2O / (m2 × day) and oxygen transition rate (0.01 cm3/m2 × day), was chosen. Other studied blistering foils commonly used in the pharmaceutical industry are not suitable for long storage of solid dosage forms contained probiotics.

Tesis por compendio / [ES] Los oligosacáridos de la leche humana (OLHs) y la parte glicana de los glicoconjugados son hidrolizados por las glicosil hidrolasas (GHs), las cuales son expresadas por la microbiota intestinal de niños lactantes promoviendo el establecimiento de una microbiota intestinal con beneficios para su salud. El objetivo de esta Tesis Doctoral consistió en la caracterización funcional de GHs de la microbiota intestinal de niños lactantes capaces de metabolizar OLHs y glicoconjugados, y el estudio de su relevancia biológica y su potencial biotecnológico. Se aislaron cepas bacterianas a partir de heces de niños lactantes.Solo las cepas del género Bifidobacterium metabolizaron alguno de los OLHs testados. Bifidobacterium infantis Y538 consumió eficientemente todos los OLHs testados, mientras que las dos cepas de Bifidobacterium dentium Y510 y Y521 solo metabolizaron lacto-N-tetraosa (LNT) y lacto-N-neotetraosa (LNnT). Se caracterizaron dos ß-galactosidasas de B. dentium Y510; Bdg42A mostró la mayor actividad en LNT, hidrolizándolo en galactosa y lacto-N-triosa (LNTII), mientras que Bdg2A mostró actividad contra lactosa, 6'-galactopiranósil-N-acetilglucosamina, N-acetillactosamina y LNnT. También se aislaron cepas bacterianas con actividad glicosidasa extracelular de las heces de lactantes. B. infantis E17 y E18, y Enterococcus faecalis E8 y E41 exhibieron actividad de endo-ß-N-acetilglucosaminidasa, liberando N-glicanos de glicoproteínas. La endo-ß-N-acetilglucosaminidasa EndoE de E. faecalis E8 deglicosiló eficientemente la proteína S1 del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2). Tanto la EndoE silvestre como un mutante catalíticamente inactive mostraron actividad lectina frente a la proteína S1 y actividad neutralizante frente a la infección de un virus pseudotipado que presenta la proteína S de SARS-CoV-2 expresada. También se identificaron GHs putativas a través del análisis metagenómico de las heces de niños lactantes, pertenecientes a los géneros Bifidobacterium, Bacteroides, Ruminococcus, Actinomyces, Klebsiella, Phocaeicola y Streptococcus. Se seleccionaron diez ¿-L-fucosidasas GH29 (Fuc18, Fuc19A, Fuc30, Fuc35A, Fuc35B, Fuc39, Fuc193, Fuc1584, Fuc2358 y Fuc5372). Las ¿-L-fucosidasas Fuc18, Fuc19A, Fuc35B, Fuc39 y Fuc1584 mostraron actividad hidrolítica frente a enlaces de fucosa ¿-1,3/4 y Fuc35A, Fuc193 y Fuc2358 mostraron actividad enlaces de fucosa ¿-1,2/3/4/6. Fuc30 mostró actividad sobre la enlaces de fucosa ¿-1,6 mientras que Fuc5372 mostró preferencia por los enlaces ¿-1,2. Fuc2358 mostró actividad frente a glicoconjugados con lacto-N-fucopentaosa II, lacto-N-fucopentaosa III y contra la mucina. Fuc18, Fuc19A y Fuc39 eliminaron fucosa de neoglicoproteínas y de la glicoproteína ¿-1 ácida. Las ¿-L-fucosidasas aisladas fueron evaluadas por su capacidad para sintetizar fucosil-oligosacáridos (FUS) a través de reacciones de transfucosilación. Fuc2358 produjo rendimientos del 35% de 2'-fucosillactosa (2'FL) y también 3'-fucosillactosa (3'FL) y 1-fucosillactosa (1FL). Fuc5372 sintetizó 2'FL, 3'FL y 1FL, con una proporción más alta de 3'FL. Se llevó a cabo mutagénesis dirigida para aumentar los rendimientos de transfucosilación. Los mutantes Fuc2358-H132F, Fuc2358-F184H, Fuc2358-R301Q, Fuc2358-K286R y Fuc5372-R230K mostraron una mayor relación entre la 2'FL producida y el pNP-Fuc hidrolizado que sus respectivas enzimas silvestres. Además, se observó que los residuos F184 de Fuc2358 y W151 de Fuc5378 afectan a la regioselectividad de la transfucosilación, la fenilalanina aumentando la selectividad por los enlaces ¿-1,2 y el triptófano aumentando la selectividad por los enlaces ¿-1,3. Los resultados presentados muestran la diversidad de GHs presentes en la microbiota intestinal de niños lactantes y expanden el conocimiento sobre su especificidad, contribuyendo al conocimiento del posible papel de las GHs en la colonización bacteriana del tracto gastrointestinal y, además, muestra su potencial biotecnológico / [CA] Els oligosacàrids de la llet humana (OLHs) i la part glicana de glicoconjugats són hidrolitzats per les glicosil hidrolases (GHs), les quals són expressades per la microbiota intestinal de xiquets lactants, promovent l'establiment d'una microbiota intestinal amb beneficis per a la seua salut. L'objectiu d'aquesta Tesi Doctoral va ser la caracterització funcional de GHs de la microbiota intestinal de xiquets lactants capaços de metabolitzar OLHs i glicoconjugats i l'estudi de la seua rellevància biològica i el seu potencial biotecnològic. Es van aïllar soques bacterianes a partir de les femtes de xiquets lactants. Només els soques del gènere Bifidobacterium van metabolitzar algun dels OLHs testats. Bifidobacterium infantis Y538 va consumir eficientment tots els OLHs testats. Les dos soques de Bifidobacterium dentium Y510 i Y521 sol van metabolitzar lacto-N-tetraosa (LNT) i lacto-N-neotetraosa (LNnT).Es van caracteritzar dos ß-galactosidasas de B. dentium Y510; Bdg42A va exhibir la major activitat enfront de LNT, hidrolitzant-la en galactosa i lacto-N-triosa (LNTII), mentre que Bdg2A va mostrar activitat enfront de lactosa, 6'-galactopiranósil-N-acetilglucosamina, N-acetillactosamina i LNnT. També es van aïllar soques bacterianes amb activitat glicosidasa extracelul·lar. B. infantis E17 i E18, i Enterococcus faecalis E8 i E41 van exhibir activitat endo-ß-N-acetilglucosaminidasa, alliberant N-glicans de glicoproteïnes. La endo-ß-N-acetilglucosaminidasa EndoE de E. faecalis E8 va deglicosilar eficientment la proteïna S1 del coronavirus 2 del síndrome respiratori agut greu (SARS-CoV-2).Tant la EndoE salvatge com un mutant catalíticament inactiu van mostrar activitat lectina enfront de la proteïna S1 i activitat neutralitzador enfront de la infecció d'un virus pseudotipat que presenta la proteïna S de SARS-CoV-2 expressada. També es van identificar GHs putatives a través de l'anàlisi metagenómic de la femta de xiquets lactants, pertanyents als gèneres Bifidobacterium, Bacteroides, Ruminococcus, Actinomyces, Klebsiella, Phocaeicola i Streptococcus. Es van seleccionar deu ¿-L-fucosidasas GH29 (Fuc18, Fuc19A, Fuc30, Fuc35A, Fuc35B, Fuc39, Fuc193, Fuc1584, Fuc2358 i Fuc5372). Les ¿-L-fucosidasas Fuc18, Fuc19A, Fuc35B, Fuc39 i Fuc1584 van mostrar activitat hidrolítica enfront d'enllaços de fucosa ¿-1,3/4 i Fuc35A, Fuc193 i Fuc2358 van mostrar activitat enllaços de fucosa ¿-1,2/3/4/6. Fuc30 va mostrar activitat enfront d'enllaços de fucosa ¿-1,6 mentre que Fuc5372 va mostrar preferència pels enllaços ¿-1,2. Fuc2358 va mostrar activitat enfront de glicoconjugats amb lacto-N-fucopentaosa II, lacto-N-fucopentaosa III i contra la glicoproteïna de la mucina. Fuc18, Fuc19A i Fuc39 van eliminar fucosa de neoglicoproteïnes i de la glicoproteïna ¿-1 àcida. Les ¿-L-fucosidasas aïllades van ser avaluades per la seua capacitat per a sintetitzar fucosil-oligosacàrids (FUS) mediant reaccions de transfucosilació. Fuc2358 va produir rendiments del 35% de 2'-fucosillactosa (2'FL) i també 3'-fucosillactosa (3'FL) i 1-fucosillactosa (1FL). Fuc5372 va sintetitzar 2'FL, 3'FL i 1FL, amb una proporció més alta de 3'FL. Es va dur a terme mutagénesis dirigida per a augmentar els rendiments de transfucosilación. Els mutants Fuc2358-H132F, Fuc2358-F184H, Fuc2358-R301Q, Fuc2358-K286R i Fuc5372-R230K van mostrar una major relació entre la 2'FL produïda i el pNP-Fuc hidrolitzat que els seus respectius enzims salvatges.A més, els residus F184 de Fuc2358 i W151 de Fuc5378 afecten la regioselectivitat de la transfucosilación; la fenilalanina augmenta la selectivitat pels enllaços ¿-1,2 i el triptòfan augmenta la selectivitat pels enllaços ¿-1,3. Els resultats presentats mostren la diversitat de GHs presents en la microbiota intestinal de xiquets lactants i expandixen el coneixement sobre la seua especificitat, contribuint al coneixement del possible paper de les GHs en la colonització bacteriana del tracte gastrointestinal i, a més, mostra el seu potencial biotecnològic. / [EN] Human milk oligosaccharides (HMOs) and the glycan portion of glycoconjugates are hydrolyzed by glycoside hydrolases (GHs) that are expressed by the neonatal intestinal microbiota, promoting the establishment of an intestinal microbiota with health benefits for infants. The objective of this Doctoral Thesis consisted of the functional characterization of GHs from the intestinal microbiota of breastfed infants capable of metabolizing HMOs and glycoconjugates and the study of their biological relevance and their biotechnological potential. Bacterial strains were isolated from breastfed infant faeces, showing that only Bifidobacterium genus strains metabolized any of the HMOs tested. Bifidobacterium infantis Y538 efficiently consumed all tested HMOs, while the two strains isolated from Bifidobacterium dentium Y510 and Y521 only metabolized lacto-N-tetraose (LNT) and lacto-N-neotetraose (LNnT). Two ß-galactosidases from B. dentium Y510 were characterized; Bdg42A exhibited the highest activity on LNT, hydrolyzing it into galactose and lacto-N-triose (LNTII), while Bdg2A displayed activity against lactose, 6'-galactopyranosyl-N-acetylglucosamine, N-acetyllactosamine and LNnT. Bacterial strains with extracellular glycosidase activity were also isolated from breastfed infant faeces. B. infantis E17 and E18, and Enterococcus faecalis E8 and E41 exhibited endo-ß-N-acetylglucosaminidase activity, releasing N-glycans from glycoproteins. The endo-ß-N-acetylglucosaminidase EndoE from E. faecalis E8 efficiently deglycosylated the spike S1 protein of the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Both the EndoE wild-type and a catalytically inactive mutant exhibited lectin activity towards the S1 protein and neutralizing activity against SARS-CoV-2 S pseudotyped virus infection. Putative GHs were also identified through metagenomic analysis of breastfed infant faeces, belonging to Bifidobacterium, Bacteroides, Ruminococcus, Actinomyces, Klebsiella, Phocaeicola, and Streptococcus genera. Ten ¿-L-fucosidases GH29 (Fuc18, Fuc19A, Fuc30, Fuc35A, Fuc35B, Fuc39, Fuc193, Fuc1584, Fuc2358, and Fuc5372) were selected. The ¿-L-fucosidases Fuc18, Fuc19A, Fuc35B, Fuc39, and Fuc1584 showed hydrolytic activity on ¿-1,3/4-linked fucose and Fuc35A, Fuc193 and Fuc2358 showed activity on ¿-1,2/3/4/6-linked fucose. Fuc30 displayed activity only on ¿-1,6-linked fucose, and Fuc5372 showed a preference for ¿-1,2-linked fucose. Fuc2358 displayed activity against glycoconjugates carrying lacto-N-fucopentaose II, lacto-N-fucopentaose III and against the mucin glycoprotein. Fuc18, Fuc19A, and Fuc39 removed fucose from neoglycoproteins and human ¿-1 acid glycoprotein. The isolated ¿-L-fucosidases were evaluated for their capacity to synthesize fucosyl-oligosaccharides (FUS) through transfucosylation reactions. Fuc2358 produced 35 % yields of 2'-fucosyllactose (2'FL) and also 3'-fucosyllactose (3'FL) and 1-fucosyllactose (1FL). Fuc5372 synthesized 2'FL, 3'FL and 1FL, with a higher proportion of 3'FL. Site-directed mutagenesis was conducted to increase the transglycosylation yields. Mutants Fuc2358-H132F, Fuc2358-F184H, Fuc2358-R301Q, Fuc2358-K286R and Fuc5372-R230K showed a higher ratio between 2'FL yields and hydrolyzed pNP-Fuc than their respective wild-type enzymes. The transfucosylation activity results also showed that the residues F184 of Fuc2358 and W151 of Fuc5378 affect transfucosylation regioselectivity, with phenylalanine increasing the selectivity for ¿-1,2 linkages and tryptophan for ¿-1,3 linkages. The results presented in this doctoral thesis illustrate the diversity of GHs in the intestinal microbiota of breastfed infants and have expanded our knowledge of their specificities, which could contribute to a better understanding of the possible role of GHs in the bacterial colonization of the infant gastrointestinal tract and presents significant biotechnological potential. / This work is part of the Grant PID2020-115403RB (C21 and C22) funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICIN)/Spanish State Research Agency (AEI)/10.13039/501100011033. The study was also supported by Valencian Government grant AICO/2021/033. EMM-G was supported by the Grant PRE2018-085768 funded by MICIN/AEI/10.13039/501100011033 and by “ESF Investing in your future”. / Moya Gonzálvez, EM. (2024). Isolation, Functional Characterization and Biotechnological Applications of Glycoside Hydrolases from the Intestinal Microbiota of Breastfed Infants [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203171 / Compendio

L'objectif de ce travail était de sélectionner de manière rationnelle une bactérie probiotique par la mise en place d'un crible ainsi que d'étudier et de comprendre l'impact du potentiel d'oxydoréduction (Eh) et du bullage de gaz sur la survie de Bifidobacterium bifidum dans un produit laitier fermenté. Nous avons tout d'abord développé des techniques de sélection des bactéries sur des critères de viabilité / vitalité (analyse par cytométrie en flux) ainsi que sur des critères de fonctionnalité (pouvoir antioxydant). Nous avons pu sélectionner des souches d'intérêt industriel ainsi qu'une souche d'étude académique, Bifidobacterium bifidum.Nous avons ensuite étudié l'effet de la modification du Eh par bullage de gaz sur la survie de B. bifidum dans un produit laitier fermenté. Les laits fermentés conditionnés sous atmosphère anaérobie (Azote) et/ou réductrice (Azote-Hydrogène) permettent une meilleure survie de la souche au cours du stockage (28 jours - 4 °C) par rapport au Contrôle. Puis, nous avons analysé l'effet d'une croissance sous différents Eh sur la viabilité en milieu modèle et la fonctionnalité de B. bifidum. Une croissance en condition anaérobie et/ou réductrice permet d'améliorer à la fois la résistance aux stress (stress oxydant d'ordre physiologique, stress aux sels biliaires et stress côlon), le pouvoir réducteur (sels de tétrazolium), le pouvoir antioxydant (test KRL et test des comètes) et l'adhérence par rapport au Contrôle. Une modulation des propriétés biochimiques membranaires sous Azote et sous Azote-Hydrogène pourraient expliquer ces phénomènes. L'augmentation des composés thiols exofaciaux et l'augmentation des acides gras insaturés à longues chaines est observée pour des cellules produites sous conditions Azote et Azote-Hydrogène. Ainsi ces conditions de croissance présentent une amélioration majeure de l'effet probiotique de B. bifidum, à la fois d'un point de vue de sa résistance aux stress que d'un point de vue de sa fonctionnalité

The work was comprehensively focused on the development of adhesive forms of probiotics in the form of a biofilm on combined carriers with a prebiotic component. The second part dealed with the influence of food on the multiplication and survival of selected types of probiotic bacteria. Subsequently, the effect of individualized probiotic supplements on changes in the human intestinal microbiome was monitored. Suitable adherent probiotic strains for biofilm formation were selected and tested. Methods have been introduced and different variants of carriers for culturing and binding bacteria have been tested. In vitro experiments verified the stability of biofilm stucture and its resistance to low pH, bile and antibiotics in comparison with the planktonic cell form. The antimicrobial effect of probiotic strains in the form of a biofilm was studied. The cultivation of the multispecies biofilm on the combined carrier was optimized and the stability of the biofilm and the final viability of probiotic bacteria were confirmed. Furthermore, the influence of various foods and beverages on the viability of probiotic bacteria was evaluated with emphasis on the simulation of passage through the gastrointestinal tract. Both models, solutions with standardised concentrations of alcohol, sugar, salts, proteins or different pH and different types of real foods and beverages were tested. The effect of food and beverages was tested on monocultures of Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium breve and on probiotic capsules containing a mixed culture of probiotic microorganisms. The survival of probiotics in various food matrices in the simulated gastrointestinal tract was quantitatively different. We managed to define foods suitable for supporting the multiplication of probiotic bacteria. A separate part of the work was focused on the targeted modulation of the intestinal microbiome by individualized probiotics that were prepared on the basis of molecular biological analyzes of the intestinal microbiome aimed at detecting the percentage of lactobacilli, bifidobacteria and phylum Firmicutes and Bacteroidetes. Personalized probiotic supplementation confirmed the positive effect of this approach on microbiome changes, especially on the increase of the content of lactobacilli, bifidobacteria and the overall diversity of the microbiome.