Les eaux usées peuvent possiblement être traitées par un système membrane intégré et combinant les procédés de bioréacteur à membrane (BAM) et d’osmose inverse (OI) pour une élimination efficace des micropolluants en vue de la réutilisation des eaux. Cependant, le rejet des concentrats d’OI dans l’environnement pourraient représenter un danger en raison de la toxicité de certains de leurs composés (micropolluants, sels, matières organiques). Une des solutions possibles peut être de recycler le concentrat d’OI vers le BAM. Néanmoins, une étude approfondie s’impose pour une telle configuration car le recyclage mettrait en jeu la recirculation de matière organique non biodégradable, ou de fortes concentrations en sels ou micropolluants, qui pourraient finalement engendrer, directement ou indirectement, un colmatage de la membrane ainsi qu’une modification de l’activité bactérienne dans le BAM. Les effets du recyclage de concentrat d’OI sur les performances de BAM ont été étudiés de deux différentes manières, en distinguant les effets à court-terme (ou court temps de contact) et les effets à long-terme (ou long temps de contact). Les résultats montrent qu’après un temps de contact de 3 heures entre le concentrat et les boues, les concentrations en protéines et polysaccharides dans le surnageant restent inchangées par rapport au début de l’opération. Une analyse HPLC-SEC a permis d’étudier les effets du concentrat d’OI sur la production de matières microbiennes solubles de types protéique. Un pic de concentration en substances protéiques ayant une masse moléculaire de 10 à 100 kDa a été observé dans le surnageant juste après l’addition du concentrat d’OI. Le pouvoir colmatant des boues n’a lui pas été modifié après l’injection du concentrat d’OI. Cette observation ouvre sur la possibilité de développer une opération d’OI comme traitement tertiaire en aval du BAM. La combinaison BAM-OI pourrait donc être une solution envisageable pour traiter le concentrat d’OI. Pour les longs temps de contact, les résultats ont montré que l’impact de l’effluent toxique (concentrat d’OI) sur les boues dépendait du rendement de l’opération d’OI et des caractéristiques du concentrat. Les mêmes tendances ont été observées quelle que soit la composition du concentrat en sels et en matière organique, puisqu’une augmentation de la concentration en protéine a été mise en évidence. L’effet du recyclage du concentrat d’OI a aussi été étudié à différents débits et avec différentes caractéristiques. Les effets sur les performances globales du BAM ainsi que sur son colmatage ont plus particulièrement été investigués. Le taux d’abattement en termes de Demande Chimique en Oxygène (DCO) est, dans tous les cas, supérieur à 93 %, quel que soit le débit de recyclage. Des résultats similaires ont été obtenus en termes de Carbone Organique Dissous. De plus, l’efficacité de la nitrification n’a pas été affectée en présence de concentrat d’OI dans le BAM. L’analyse HPLC-SEC a révélé un pic important de concentration en composés protéiques dans le surnageant, avec des masses moléculaires comprises entre 10 et 100 kDa et entre 100 et 1000 kDa. Par conséquent, une augmentation significative du pouvoir colmatant des boues a été observée et attribuée à la présence de protéines. Par ailleurs, le recyclage du concentrait d’OI n’a pas eu d’effet sur l’élimination de la carbamazépine et du diclofenac dans le BAM. Au contraire, l’élimination du ketoprofene a légèrement baissé, en passant de 94 à 72 %. Enfin, l’effet du recyclage de concentrat d’OI sur la biodégradation a été révélé comme insignifiant, ce qui indique que le recyclage du concentrat d’OI pourrait être une bonne alternative pour réduire les concentrats d’OI et limiter leur rejet dans l’environnement. / Wastewater effluents can be treated by an integrated membrane system combining membrane bioreactors (MBR) and reverse osmosis (RO) for effective removal of micropollutants in the field of high-quality water reuse. However, discharging the RO concentrate waste stream directly into the natural environment could lead to serious problems due to the toxic components contained in the concentrates (micropollutants, salts, organic matter). A possible solution could be the recirculation of RO concentrate waste to the MBR. However, such an operation should be studied in detail since the recirculation of non-biodegradable organic matter or high concentrations of salts and micropollutants could directly or indirectly contribute to MBR membrane fouling and modification of the biodegradation activity. The effects of RO concentrate recirculation on the MBR performances were investigated in two different ways of contact, i.e. short term peak contact and long-term continuous contact at various operating conditions. The results demonstrated that after 3 hours of contact time between the sludge and concentrate, the same values of both protein and polysaccharide concentrations were found in the supernatant, compared to that at the beginning of the reactor. HPLC-SEC analysis was employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs. A significant peak of protein-like substances with a molecular size of 10-100 kDa was observed immediately in the supernatant after the addition of RO concentrate. Besides, no significant change was found of the sludge fouling propensity after the injection of RO concentrate into the activated sludge. This finding proposes the opportunities to develop RO process as a tertiary treatment of the membrane bioreactor (MBR), hence, the integrated MBR - RO concept with the RO concentrate recirculation to the MBR might be a solution to treat the concentrate waste stream produced by RO. During the long-term continuous contact, the results demonstrated that the impact of the toxic flow on activated sludge depends on the recovery of the RO step and the characteristics of the concentrate but the same trends were observed whatever the organic matter and salt contents of the concentrates: the concentration of proteins increased. The effects of the reverse osmosis concentrate recirculation, at different flow rates and with different characteristics, to the MBR were investigated. Their impacts on MBR global performances, especially the MBR fouling were evaluated. The removal efficiencies of chemical oxygen demand (COD) at the different flow rates of concentrate were greater than 93%. Similar results for the dissolved organic carbon removal efficiency were found in the MBR. Additionally, the presence of RO concentrate in the MBR did not inhibit the nitrification process. HPLC-SEC analysis employed to study the effects of RO concentrate on the production of protein-like SMPs demonstrated a significant peak of protein-like substances corresponding to 10-100 kDa and 100-1000 kDa molecules in the supernatant. Thus a significant increase of sludge fouling propensity was observed, which could be attributed to the increased quantity of protein-like substances. Furthermore, the recirculation of RO concentrate to the MBR did not significantly affect the removal of carbamazepine and diclofenac in the MBR. Meanwhile, the removal rate of ketoprofen was impacted slightly by the RO concentrate recycling to the MBR (from 94 to 72%). Finally, the effect of the concentrate on sludge activity was studied and no significant effect was observed on biodegradation, indicating that the return of the concentrate to the MBR could be a good alternative for the reduction of concentrate quantities before disposal to the environment.

El concentrat de plasma assecat per polvorització (SDP) i el d’immunoglobulines (IC) són suplements dietètics que han estat àmpliament utilitzats en l’alimentació dels animals de granja i que han estat proposats com alternativa a l’ús dels antibiòtics com a promotors del creixement, especialment durant el període posterior al deslletament. Aquests suplements incrementen la taxa de creixement degut, en part, a que atenuen la resposta del sistema immunitari. Per exemple, s’ha pogut observar que la suplementació dietètica amb proteïnes plasmàtiques redueix la sobreestimulació immunitària en un model de malaltia inflamatòria intestinal. El sistema immunitari mucosal comú connecta els llocs inductors (en aquest cas la mucosa intestinal) amb els llocs efectors (com les mucoses naso- i broncoalveolar o la genito-urinària), que facilita el moviment de cèl•lules immunitàries entre teixits allunyats anatòmicament i permet que la dieta moduli la resposta associada a infeccions extraintestinals. Així doncs, ens hem plantejat si la suplementació dietètica amb proteïnes plasmàtiques podia modular la resposta immunitària en una inflamació pulmonar aguda. Primerament es va establir una pauta adequada per obtenir un model d’inflamació pulmonar robust i reproduïble. Seguidament s’han estudiat els efectes dels suplements SDP i IC sobre la resposta immunitària en aquest model d’inflamació, en ratolins acabats de deslletar. S’han analitzat cèl•lules i mediadors inflamatoris involucrats tant en la resposta innata, com en la resposta adaptativa. Finalment, també s’han estudiat els efectes dels pinsos experimentals sobre diferents elements que intervenen en la resolució de la resposta inflamatòria, com les cèl•lules reguladores i les citocines antiinflamatòries. L’administració de LPS produeix una migració de leucòcits i un alliberament massiu de citocines i quimiocines proinflamatòries, que recluten i activen monòcits i neutròfils a l’espai alveolar i al teixit pulmonar. A més estimula la immunitat adaptativa, en la que hi ha un increment considerable de limfòcits Th activats, així com una gran producció de citocines. Ambdues dietes disminueixen el reclutament de leucòcits, sobretot els neutròfils i els monòcits. Tot i que la resposta innata és més extensa, les dietes són més efectives sobre la resposta adaptativa, on redueixen les poblacions limfocitàries estimulades per l’LPS tant a pulmó com a sang. Els suplements també atenuen de forma notable l’efecte de l’LPS sobre l’expressió de citocines i quimiocines proinflamatòries a l’espai alveolar. Els efectes de l’SDP i l’IC estan mediats per canvis en l’expressió de citocines antiinflamatòries, ja que augmenten la concentració de IL-10 a pulmó i a jejú, i la del TGF-β a pulmó. Ambdues dietes redueixen el balanç entre els limfòcits Th activats i els limfòcits T reguladors, d’aquesta manera atenuen la magnitud de la resposta inflamatòria i augmenten la concentració de mediadors essencials per la reparació del teixit. Els resultats d’aquest estudi indiquen que els suplements amb proteïnes plasmàtiques poden limitar la resposta immunitària pulmonar i podrien ser útils en la prevenció i atenuació de les malalties inflamatòries extraintestinals. / The concentrated spray-dried plasma (SDP) and immunoglobulin (IC) are dietary supplements that have been widely used in the diet of farm animals and proposed as an alternative to the use of antibiotics as growth promoters, especially in the subsequent weaning period. These supplements increase the growth rate, in part because they attenuate the response of the immune system. The common mucosal immune system connects the inductive sites (in this case the intestinal mucosa) with the effector sites (as nasopharyngeal and bronchoalveolar mucosa or genito-urinary), which facilitates the movement of immune cells between anatomically distant tissues and allows the diet to modulate the associated response to intestinal infections. Consequently, the aim of the present thesis was to evaluate whether the dietary supplementation with plasma proteins could modulate the immune response in an acute lung inflammation. First, a suitable pattern was established in order to obtain a robust and reproducible inflammatory lung model. Next, the effects of SDP and IC supplementation on the immune response in this inflammation model were studied in newly weaned mice. Cells and inflammatory mediators, involved either in innate response as in adaptive response, have been analyzed. Finally, the effects of experimental feed on different elements involved in the resolution of the inflammatory response, such as regulatory cells and inflammatory cytokines, have also been assessed. Both diets decreased the recruitment of leukocytes. Although the innate response is more extensive, the diets are more effective on the adaptive response. The supplements also significantly attenuated the effect of LPS on the expression of pro-inflammatory cytokines and chemokines in the alveolar space. The effects of SDP and IC are mediated by changes in the expression of anti-inflammatory cytokines. Both diets reduced the balance between activated Th cells and regulatory T cells, in such a way that, the magnitude of the inflammatory response is attenuated and the concentration of essential mediators for tissue reparation is increased. In conclusion, the results of this study indicate that plasma protein supplementation is able to limit the pulmonary immune response and could be useful in the prevention and attenuation of the extraintestinal inflammatory diseases.

Els concentrats de plasma (SDAP) i d'immunoglobulines (IC) són suplements dietètics destinats als animals de granja i que han estat proposats com alternativa a l'ús dels antibiòtics com a promotors del creixement. Un dels primers efectes descrits en els animals alimentats amb aquests suplements va ser l'increment de la taxa de creixement. Aquesta millora del creixement és deguda, en part, a que hi ha un augment del consum de pinso i a que es produeix una menor estimulació del sistema immunitari. Aquesta hipòtesi està recolzada per estudis que demostren que una activació immunitària produeix una reducció en la ingesta d'aliments, així com un increment de la utilització dels nutrients per part de les cèl·lules del sistema immunitari.En aquest treball, s'ha estudiat els efectes de la suplementació dietètica amb proteïnes plasmàtiques (concentrat de plasma i concentrat d'immunoglobulines) sobre diferents aspectes de la fisiologia intestinal en rates inflamades amb l'enterotoxina B d'Staphylococcus aureus (SEB). Els animals utilitzats han estat rates Wistar-Lewis mascles de 21 dies d'edat (deslletament). Aquests animals han estat alimentats durant 14 dies amb pinsos suplementats amb un 8% de concentrat de plasma (SDAP) o bé amb 4,7% de concentrat d'immunoglobulina (IC). Les rates han estat administrades intraperitonealment amb 50 μg de SEB els dies 30 i 33 i s'han sacrificat al cap de 48 h (35 dies).El SEB no modifica cap de les variables sistèmiques analitzades: ni immunoglobulina G (IgG) ni la IgA sèriques així com tampoc diferents variables hematològiques ni les diferents poblacions limfocitàries analitzades a la melsa. En canvi, les rates inflamades presenten un increment important en l'activació dels limfòcits T col·laboradors, tant a les plaques de Peyer (PP) com a ganglis limfàtics mesentèrics (GLM). Ambdós teixits estan implicats en la inducció de la resposta immunitària. Els animals inflamats amb SEB també mostren un increment del contingut d'aigua en femtes, infiltració de neutròfils a la mucosa intestinal i un increment de la permeabilitat capil·lar a la zona.El SEB també altera les funcions de barrera i d'absorció de nutrients. L'enterotoxina redueix l'expressió de proteïnes de la unió estreta i de la unió adherent (ZO-1 i β-catenina, respectivament), així com del transportador de la D-glucosa, afectant així tant la funció de permeabilitat com la d'absorció de nutrients.L'alimentació amb pinsos suplementats amb SDAP o IC evita l'efecte de l'enterotoxina sobre l'activació dels limfòcits T col·laboradors de les plaques de Peyer, sense prevenir l'activació dels limfòcits T dels ganglis limfàtics mesentèrics, ni la infiltració de neutròfils a la zona mucosal ni l'increment de la permeabilitat capil·lar de la zona. La suplementació dietètica amb SDAP (i en menor grau el IC) redueix el contingut d'aigua en femtes i atenua els efectes del SEB sobre l'epiteli, tant sobre l'absorció de nutrients com sobre l'expressió de proteïnes de les unions estreta i adherent.En resum, l'addició de concentrats de plasma a la dieta en l'etapa que segueix el deslletament afecta la distribució d'algunes poblacions limfocitàries durant la resposta a la inflamació induïda per una enterotoxina de S. aureus, que impedeix una activació exagerada del sistema immunitari; alhora, l'SDAP afavoreix l'absorció d'alguns nutrients energètics i la integritat de l'epiteli. Tot plegat recolza la hipòtesi que la suplementació dietètica amb SDAP millora l'aprofitament energètic dels nutrients i redueix la probabilitat que agents químics i infecciosos puguin penetrar a la circulació sanguínia a través de la barrera epitelial. / The aim of this study was to determine the potential modulatory effects of diets supplemented with spray-dried animal plasma (SDAP) or immunoglobulin concentrates (IC) on the of intestinal physiology of rats challenged with "Staphylococcus aureus enterotoxin B" (SEB). Lewis rats were fed diets containing 8% of SDAP, 4.7% of IC or milk proteins (Control diet) from postnatal day 21 (weaning) for 14 days. On days 30 and 33, rats were given SEB (50 μg; i.p.). SEB induced an intestinal inflammation characterized by effects on intestinal immune system, on barrier function and on nutrient absorption. SEB administered rats showed an increase in T lymphocytes activation (in particular T helper lymphocytes) in Peyer's Patches and in mesenteric lymph nodes, both responsible of immune response induction. Inflamed rats also showed an increase in water content in feces, neutrophil infiltration in intestinal mucosa, as well as an increase in local capillary permeability.SEB also alter barrier and nutrient absorption functions. The enterotoxin reduces the expression of proteins of the tight junction and of the adherent junction (ZO-1 and β-catenina, respectively), as well as the transporter of D-glucosa.Feeding with SDAP or IC supplementation prevents the effect of the enterotoxin on the activation of T helper lymphocytes in Peyer's patches. The dietary supplementation with SDAP (and in lower extent IC) reduces water content in feces and attenuates SEB effects on the epithelium, as well as on nutrients absorption and on the expression of proteins from tight and adherent junctions.In conclusion, the addition of plasma concentrates on feeding in the weaning period affects the distribution of some lymphocyte populations in the immune response to S. aureus, which prevents an overstimulation of intestinal immune system; at the same time, SDAP enhances the absorption of different energetic nutrients and the integrity of the epithelium. All in all supports the hypothesis that dietary supplementation with SDAP improves the nutrient intake and reduces the probability that chemic and infectious agents can enter to blood stream across the epithelial barrier. KEY WORDS: "Staphylococcus aureus", rat, intestinal inflammation, permeability, gut-associated immune tissue, SGLT-1, tight junction, spray-dried animal plasma, immunoglobulin concentrate, protein supplementation.