Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine vétérinaire : Toulouse 3 : 2008. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p. 79-91.

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen. / Met lit.opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

The aim of this research is to understand the solid state physical properties of inulin in regards to the spray-drying treatments. In this context, inulin powders were produced by pilot spray-drying a commercial inulin dispersion under various feed (Tfeed) and inlet air (Tin) temperatures. More particularly, the amorphous and crystalline properties of the powders were studied by developing different fine characterization tools, such as modulated differential scanning calorimetry or powder X-ray diffraction. When the temperature of the inulin water systems increased, the crystallinity of the powder decreased. To a smaller extent, this tendency is also observed with the increase of the inlet air temperature of the spray drier. For example, an amorphous powder is obtained with a Tfeed of 90°C whatever the Tin (comprised between 120 and 230°C); whereas for a Tfeed of 80°C, a Tin of 230°C is necessary to obtain the same result. Adsorption isotherms were established on four powders covering a large range of crystallinity (crystallinity index from 0 to 92). The Guggenheim Anderson de Boer model was fitted to the experimental data. As the water content of the powders increased, the glass transition of inulin decreased. When the Tg droped below the storage temperature (20°C for example), the powders crystallized and underwent clumping phenomenon. Under these conditions, a continuous hard mass was observed for the amorphous powders; while their semi-crystalline counterparts were agglomerated but friable. To understand these changes, a kinetic study of the physical properties evolution and stability of an amorphous powder as a function of its water content was realized. These results allowed to correlate the Tg water content relationship to the evolution of the powders behaviour, such as stickiness or hardening during storage.

L'artichaut et le cardon, appartenant à la famille des Asteraceae (Compositae), sont des plantes pérennes herbacées natives du bassin méditerranéen, et qui sont traditionnellement cultivées comme plantes maraîchères, respectivement pour leurs têtes et leurs cardes. L'Italie est le pays possédant la plus importante collection de germoplasmes autochtones d'artichaut. Dans le centre de l'Italie, le type Romanesco est étendu. Ces dernières années, le développement des techniques in vitro a permis la multiplication de l'artichaut Romanesco et sa rapide expansion. Le clone Romanesco C3 a ainsi remplacé de nombreuses races locales de Romanesco, contribuant de la sorte à une érosion significative des ressources génétiques locales. Concernant le germoplasme de cardon cultivé, seules quelques études sont disponibles sur son identification et sa caractérisation génétique. Le cardon sauvage, n'est pas du tout cultivé; il est davantage considéré comme une adventice dans le paysage italien. La grande variabilité existant entre les espèces de Cynara n'est pas correctement décrite et il existe plusieurs cas d'homonymes. Le secteur de l'artichaut italien a du faire face ces dernières années à une crise causée principalement par l'apparition sur le marché de produits étrangers et par les coûts élevés de mise en culture et de récolte. Afin de surmonter cette crise, de nombreuses valorisations du Cynara ont été envisagées. Ces potentielles applications pour la culture ont pu voir le jour grâce au support de l'Union européenne pour la recherche sur les co-poduits issus de l'agriculture, et ont mené à un intérêt croissant pour la biomasse entière d'artichaut. Considérant ces remarques préliminaires, une stratégie, qui permettrait de valoriser le germoplasme italien par la production concomitante de biomasse et de biocomposés, a été mise en place durant ces trois ans de doctorat. Le premier objectif de ce travail de doctorat consistait en i) la caractérisation agro-morphologique du germoplasme italien par le biais de descripteurs UPOV, ii) l'évaluation de la variabilité génétique à l'intérieur et entre les races/clones et iii) l'identification et la préservation des ressources génétiques pour le développement de futurs programmes d'amélioration des plantes. Suite à cette caractérisation, trois génotypes ont été sélectionnés et enregistrés sous les noms de Michelangelo, Donatello and Raffaello. Afin d'analyser le germoplasme italien de Cynara d'un point de vue de la biomasse, différents traits expliquant la vigueur de la plante et la production de matière sèche ont été considérés. Le rendement en biomasse aérienne s'est révélé très élevé, soulignant la possibilité d'utiliser cette culture comme matière première industrielle. Un point particulier du programme de thèse était de mettre au point les méthodes d'extraction de biocomposés et les techniques d'analyse afin d'optimiser le rendement en polyphénols à partir de la biomasse de Cynara à l'échelle laboratoire. L'ASE a été reconnue comme étant la meilleure technique. De plus, les cinétiques de production de biomasse et de biocomposés ont été évaluées et le stade physiologique optimal pour collecter le matériel végétal en champ a été identifié. La caractérisation biochimique a été réalisée grâce aux méthodes mises au point et en collectant le matériel végétal au stade physiologique optimal identifié afin de distinguer les génotypes les plus appropriés pour la production de biocomposés. Le dernier point du programme de thèse était centré sur le développement d'une technique alternative de production de biomasse et de biocomposés en conditions de croissance sous serre. Les résultats obtenus mettent en exergue la possibilité d'utiliser avec succès certains génotypes de Cynara pour la production de biomasse et de biocomposés. La perspective réelle d'utiliser certains génotypes d'artichaut pour une double valorisation alimentaire et non-alimentaire a ainsi été soulignée. / Globe artichoke and cardoon, belonging to the Asteraceae (Compositae) family, are herbaceous perennial plants native to the Mediterranean area, which are traditionally grown as vegetables for the heads and the fleshy petiole leaves, respectively. Italy is the richest reserve of globe artichoke autochthonous germplasm, which is vegetatively propagated and well adapted to the different pedoclimatic conditions of the Country. In Central Italian environments, the Romanesco type is widespread. In the last years, the development of in vitro technologies allowed the propagation of Romanesco globe artichoke type and its rapid expansion. As a result, the micropropagated Romanesco clone C3 has replaced many landraces traditionally grown in the Latium Region and has led either to a significant erosion of local genetic resources. As regards Italian cultivated cardoon germplasm, there are few studies on its genetic characterization and identification and there is a lack of information about the genetic variability existing within and among accessions. For the wild cardoon, no specialized crop is present and it represents mainly a weed in Italian environments. The great variability existing in Cynara spp. has not been described, the nomenclature of Italian germplasm is not always very clear since there are many cases of homonyms. In addition, Italian globe artichoke sector is facing a crisis due principally to the appearance on the market of foreign products and to the high labor cost required for crop cultivation and harvesting. In order to overcome this crisis several possible industrial uses were considered for the species. Considering these preliminary remarks, a strategy for valorizing Italian germplasm using biomass and biocompound production has been carried out during the three years of PhD program. The first objective of PhD work consisted in (i) characterizing agro-morphologically Italian germplasm using UPOV descriptors, (ii) assessing the genetic variability existing within and among landraces/clones and (iii) identifying and preserving genetic resources for the development of future plant breeding programs. As a result of this characterization, three genotypes have been selected and registered under the names of Michelangelo, Donatello and Raffaello. In order to analyze Italian Cynara spp. germplasm also from a biomass point of view, different traits explaining plant vigor and dry matter production have been considered. The aerial biomass yield resulted very high underlining the possibility of using this crop as raw industrial material. A focal point of PhD program was to set up biocompound extraction methods and analysis techniques to optimize polyphenol recovery from biomass of Cynara spp at a laboratory scale. In particular, ASE was found as the best extraction technique which allows to reduce extraction time and solvent consumption, increase nutraceutical yield and improvement of extract quality. Moreover, the kinetics of biomass and bio-compound production has been evaluated and the optimal physiological stage to collect plant material grown in open field has been identified. Biochemical characterization has been performed using the methods set up and collecting plant material in the optimal physiological stage identified in order to distinguish which genotypes were more suitable for bio-compound production purpose. The last focal point of PhD program was the development of an alternative technique for biomass and biocompound production in greenhouse grown conditions. Results obtained in the three PhD years, highlighted the possibility of using successfully some Cynara spp. genotypes for biomass and bio-compound production, in particular in open field condition. Also the real prospect of using some globe artichoke genotypes for food and non-food dual-production (biomass for biocompound extraction and heads for human food) has been underlined.

En 2022, le cancer colorectal (CCR) est le deuxième cancer le plus meurtrier au Canada et le troisième dans le monde. Plusieurs facteurs dont l’alimentation, le manque d'activité physique et la génétique, ont été identifiés comme contribuant au développement du CCR. Le microbiote intestinal, une communauté de micro-organismes vivant dans l'intestin de l'hôte, est également associé au développement du CCR, comme particulièrement Escherichia coli productrice de colibactine. Cette génotoxine induit des réticulations inter brin et cassures double brin (DSBs) de l’ADN dans les cellules de mammifères, entraînant des mutations et un risque élevé de développement du CCR. Nous avons pour objectif de contrôler la prolifération et la production de colibactin de la bactérie pks+ E. coli. Nous avons évalué la prévalence des bactéries pks+ et des bactéries bft+ chez des patients atteints de CCR et individus sains de la province de Québec (Canada), en utilisant une cohorte de 156 participants. Nous avons constaté qu'une grande proportion d’individus sains sont colonisés par des bactéries pks+ (42%) et à des niveaux similaires à ceux des patients atteints de CCR (46%). En ce qui concerne la bactérie entérotoxigénique Bacteroides fragilis (ETBF), le gène bft a été détecté chez 21% des contrôles sains et 32% des patients atteints de CCR, et 8% des contrôles sains et 13% des patients atteints de CRC étaient colonisés à la fois par des bactéries pks+ et par ETBF. Comme ces individus sains sont plus susceptibles de développer un CCR, il est vital de fournir des traitements nutritionnels et médicinaux personnalisés pour contrôler la croissance de ces bactéries. Nous avons ensuite étudié l'effet de la supplémentation en prébiotiques sur la génotoxicité des souches de E. coli productrice de colibactine dans un modèle cellulaire. L'inuline et les galacto-oligosaccharides ont augmenté l'expression du gène de la colibactine A chez E. coli pks+, ce qui a été aboli par l'addition de 125 µM de sulfate de fer. La souche de E. coli NC101 (EcNC101) a augmenté les dysplasies et DSBs dans les cellules d'adénocarcinome humain Caco-2, en présence de l'un ou l'autre des oligosaccharides. 6 Nos résultats indiquent que les oligosaccharides aggravent les dommages à l'ADN causés par les bactéries productrices de colibactine. Étant donné la popularité croissante de la supplémentation en prébiotiques et leur facilité d'accès, d'autres études sont nécessaires pour déterminer comment ces prébiotiques peuvent réguler le développement et la progression des tumeurs dans des modèles animaux et chez les humains en présence d'une colonisation par E. coli pks+. Nous avons constaté précédemment que l'inuline avait à la fois des effets protecteurs et des effets promoteurs de tumeurs dans le CCR, et ces divergences peuvent être attribuées à la présence de E. coli pks+. En utilisant le modèle de souris ApcMin/+ de CCR, nous avons cherché à savoir si les bactéries E. coli productrice de colibactine modifiaient la protection conférée par l'inuline contre le développement et la progression des tumeurs. La supplémentation en inuline a conduit à une augmentation de la colonisation par EcNC101, ce qui a entraîné une élévation des DSBs, de la charge tumorale et de la progression tumorale chez les souris ApcMin/+, de manière dépendante à la colibactine. E. coli Nissle 1917 pasteurisé a inhibé la croissance tumorale en inhibant la prolifération de EcNC101 induite par l'inuline. Nos résultats soulignent la nécessité de dépister les bactéries pks+ chez les patients et de leur fournir des conseils nutritionnels préventifs. En résumé, nous avons rapporté que les pré-biotiques, pro-biotiques et post-biotiques peuvent influencer la croissance de E. coli pks+ et/ou la sécrétion de colibactine. Par conséquent, la pertinence de ce projet serait de fournir une thérapie nutritionnelle personnalisée basée sur ces résultats pour les individus colonisés par ces bactéries, qui sont plus enclins à développer un cancer colorectal. / In 2022, colorectal cancer (CRC) was the second deadliest cancer in Canada and the third globally. Factors such as diet, lack of physical activity, and genetics have been identified as contributors to CRC development. The intestinal microbiota, a community of microorganisms living in the host intestine, has been associated with CRC development, particularly the colibactin-producing Escherichia coli. The genotoxin colibactin induces interstrand cross-links (ICLs) double-strand DNA breaks (DSBs) in mammalian cells, resulting in mutations and an elevated risk of CRC development. Therefore, these studies aimed to control the proliferation and production of colibactin of pks+ E. coli. Using a case-control study of 156 participants, we evaluated the prevalence of pks+ bacteria and bft+ bacteria in patients with CRC and healthy controls from the province of Québec (Canada). We found that similar to patients with CRC (46%), a large proportion of healthy controls were colonized by pks+ bacteria (42%). Regarding enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF), the bft gene was observed in 21% of healthy controls and 32% of patients with CRC, with 8% of healthy controls and 13% of patients with CRC colonized by both pks+ bacteria and ETBF. Providing personalized dietary and medicinal treatments to control the growth of these bacteria is necessary because these healthy individuals are more likely to develop CRC. The effect of prebiotic supplementation on the genotoxicity of colibactin-producing E. coli strains was investigated in a cellular model. Inulin and galactooligosaccharide increased the expression of the colibactin A gene in pks+ E. coli, which was abrogated by the addition of 125 µM of iron sulfate. E. coli strain NC101 (EcNC101) increased dysplasia and DSBs breaks in human adenocarcinoma Caco-2 cells, in the presence of both inulin and galactooligosaccharide. Our findings indicate that oligosaccharides aggravate DNA damage caused by colibactin-producing bacteria. 4 Given the increasing popularity and accessibility of prebiotic supplementation, more studies are required to determine how these prebiotics may regulate tumor development and progression in animal models and humans in the presence of pks+ E. coli colonization. Inulin has protective and tumor-promoting effects on CRC; these discrepancies may be attributed to the presence of pks+ E. coli. Using the ApcMin/+ mouse model of CRC, we explored whether colibactin-producing E. coli altered the protection conferred by inulin against tumor development and progression. Inulin supplementation increased EcNC101 colonization, resulting in more DSBs, tumor burden, and tumor progression in ApcMin/+ mice, in a colibactin dependant manner. Pasteurized E. coli Nissle 1917 inhibited tumor growth by reversing inulin-driven EcNC101 proliferation. Our findings emphasized the need to screen patients for pks+ bacteria and provide them with preventive dietary counseling. In summary, we reported that prebiotics, probiotics, and postbiotics could influence pks+ E. coli growth, colibactin secretion, or both. Therefore, the significance of this project lies in providing personalized nutritional-based therapy based on the findings for individuals colonized by these bacteria, who are more prone to develop CRC.