Orientador: Nelson Arno Wulff / Banca: Priscila Alves da Silva / Banca: Andrea Soares da Costa Fuentes / Resumo: O Huanglongbing (HLB) é a doença mais devastadora dos citros. No Brasil, o HLB está associado a presença de "Candidatus" Liberibacter asiaticus (Las) e Ca. L. americanus (Lam), ambas transmitidas pelo psilídeo Diaphorina citri. O sequenciamento e anotação dos profagos SC1 e SC2 no genoma de Las, identificou uma possível bacteriocina do tipo colicina Ia em SC1, e uma possível proteína de imunidade a colicina em SC2. Lam apresenta profagos similares no seu genoma, porém SP2 é degenerado, sem proteína de imunidade. Como houve uma inversão notável na ocorrência de Las em relação à Lam no Brasil, com o predomínio atual de Las, a presença de ambos os profagos pode conferir uma vantagem adaptativa a Las pela atividade da bacteriocina. Adicionalmente, Las tem lisozimas cromossômicas e de profago, que também podem estar envolvidas em competição bacteriana. A incapacidade de cultivo axênico de Las e Lam requer o uso de sistemas heterólogos para estudos funcionais. Genes com potencial envolvimento na biologia do profago e na competição bacteriana, como as colicinas e lisozimas foram avaliados. As lisozimas CLIBASIA_04790 e ED07_RS0204515, obtidas dos isolados de Las 3PA e Las 4PA, e as colicinas SC1_gp060 e lam_678 obtidas de isolados de Las 2PA, Las Poona e Lam São Paulo foram clonadas em vetor de expressão pET28a e superexpressas em E. coli BL21 (DE3). O crescimento destas bactérias, mensurado pelas médias dos valores de absorbância (OD600), mostraram efeito tóxico das construções com... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Huanglongbing (HLB) is the most devastating disease of citrus. In Brazil, HLB is associated with the presence of "Candidatus" Liberibacter asiaticus (Las) and Ca. L. americanus (Lam), both transmitted by psyllid Diaphorina citri. Sequencing and annotation of prophages SC1 and SC2 in the genome of Las, reveals the presence of a putative bacteriocin, colicin Ia in SC1, while in SC2 a possible colicin immunity-protein was found. Lam has similar prophages in the genome, though SP2 is degenerated, without immunity gene. As there was a striking inversion in the prevalence of Las in detriment of Lam, the presence of both prophages may confer an adaptative advantage to Las, due to the activity of the bacteriocin. Additionally, Las encodes both a chromosomal and phage lysozyme that may also be involved in bacterial competition. The inability of axenic cultivation of Las and Lam requires the use of heterologous systems for functional studies. Genes with potential involvement in prophage biology and bacterial competition, such as colicins and lysozymes, were evaluated. The lysozymes ORFs CLIBASIA_04790 and ED07_RS0204515, from Las isolates 3PA and Las 4PA, and the colicins SC1_gp060 and lam_678 obtained from isolates Las 2PA, Las Poona and Lam São Paulo were cloned into expression vector pET28a and superexpressed in E. coli BL21 (DE3) cells. The growth rate of these bacteria, measured by means of absorbance values (OD600), showed toxic effect of transformants expressing lysozymes, where... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

The mass of five proteins (Bovine serum albumin (BSA), casein, lysozyme, ovalbumin and pepsin) adsorbed to five different membrane materials (of various hydrophobicities) was quantified using a static system and analysed to establish any trends. Comparing the results from the five membranes it seems that there were no obvious trends between the protein masses adsorbed indicating that it may not be just one aspect of protein structure that is important in the adsorption process. Many investigations have indicated that the protein may undergo a conformational change during the adsorption process. Disulphide bridges contribute readily to the stability of the protein molecule and it was hypothesised that if such a structural change occurred, it would result in the breakage of these covalent bonds. To this end, the free thiol group content of the proteins was quantified before and after adsorption.

Les pathologies intestinales sont des maladies multifactorielles dont l’incidence ne cesse d’augmenter. Les maladies organiques regroupent les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin tel que la maladie de Crohn (MC) et les pathologies fonctionnelles digestives comprennent les différentes formes du syndrome de l'intestin irritable (SII). Ces pathologies présentes des caractéristiques communes comme des troubles du transit, des douleurs abdominales, un dysfonctionnement de la barrière intestinale et des modifications de la communication bidirectionnelle de l’axe intestin-cerveau et une altération de la composition du microbiote intestinal (dysbiose). Cette dernière peut être en partie associée à un déficit de production en peptides et protéines antimicrobiennes (PAMs) par les cellules de Paneth. Parmi les cibles thérapeutiques stratégiques, une réduction de la dysbiose dans le but de réduire l’état inflammatoire ou micro-inflammatoire de la muqueuse font aujourd’hui l’objet de différentes études. Ces traitements alternatifs montrent l’efficacité d’un régime nutritionnel adapté, d’un apport en probiotiques ou en prébiotiques sur le microbiote intestinal des patients MC et SII, et sur l’intégrité de leur barrière intestinale. Parmi les matrices alimentaires présentant une composition nutritionnelle intéressante proche du lait maternel humain, le lait d’ânesse (LA) contient également une forte teneur en PAMs (lysozyme). En parallèle, un observatoire économique et social de la filière asine commandité par l’Institut National Âne et Mulet fait le diagnostic d’une activité grandissante autour du LA chez les éleveurs français et montre, face à une concurrence italienne et chinoise importante, la nécessité d’une meilleure organisation de la filière via une meilleure valorisation du LA. L’objectif de cette thèse était d’évaluer un potentiel effet santé du LA et d’apporter des preuves scientifiques robustes pour permettre une meilleure valorisation de ce dernier. Ainsi, l’effet d’une consommation orale chronique de LA a été évalué sur deux modèles précliniques murins distincts : un modèle d’iléite expérimentale induite par une administration per os d’indométacine et un modèle de stress psychologique chronique (Water Avoidance Stress, WAS). Dans ce travail, le rôle clé de l’activité du lysozyme dans les effets observés a également été évalué. Des essais de traitements thermiques ont aussi été réalisés pour optimiser un barème de pasteurisation permettant de proposer un LA répondant aux normes réglementaires microbiologiques et sanitaires tout en conservant l’activité du lysozyme contenue dans le lait. Les travaux de cette thèse montrent que le LA possède des propriétés anti-inflammatoires se traduisant par une réduction significative des lésions inflammatoires macroscopiques et microscopiques de l’iléon. Cet effet est associé à une réduction de la dysbiose intestinale et normalise les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth drastiquement réduits lors de l’iléite. Dans le modèle WAS, le LA et la fraction contenant l’activité en lysozyme réduisent l’hypersensibilité viscérale, l’état micro-inflammatoire induites par le stress et restaurent les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth réduits par le stress. Un traitement thermique de 2 min/72°C permet d’augmenter la durée de vie du LA tout en conservant l’activité du lysozyme et ses propriétés santé sur la muqueuse intestinale chez la souris.

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Yes / It is important for the formulators of biopharmaceuticals to predict the folding–unfolding transition of proteins. This enables them to process proteins under predetermined conditions, without denaturation. Depending on the apparent denaturation temperature (Tm) of lysozyme, we have derived an equation describing its folding–unfolding transition diagram. According to the water content and temperature, this diagram was divided into three different areas, namely, the area of the water-folded lysozyme phase, the area of the water-folded lysozyme phase and the bulk water phase, and the area of the denatured lysozyme phase. The water content controlled the appearance and intensity of the Raman band at ∼1787 cm–1 when lysozyme powders were thermally denatured at temperatures higher than Tm. / MAM gratefully acknowledges CARA (Stephen Wordsworth and Ryan Mundy) and University of Bradford for providing an academic fellowship.

Les polymères présentant des liens phosphoesters dans leur squelette sont biodégradables et constituent une classe émergente de nouveaux biomatériaux, utiles notamment dans le domaine de la délivrance de médicaments. La pentavalence du phosphore offre de nombreuses possibilités d’en varier la structure ce qui permet d’envisager une gamme diversifiée de propriétés pour ces matériaux.Cette thèse envisage la synthèse et l’utilisation de nouveaux copolymères biséquencés de polyoxyde d’éthylène et de polyphosphotriester portant des insaturations pendantes comme plateforme pour l’élaboration de systèmes de délivrance avancés. D’une part, l’auto-assemblage en milieu aqueux de copolymères amphiphiles porteurs de groupes butènyles permet l’obtention de micelles à coeur réticulé dans lesquelles la doxorubicine peut être incorporée par imprégnation. Ces nanovecteurs micellaires montrent une stabilité et un taux d’encapsulation supérieurs aux systèmes non réticulés correspondants.D’autre part, des copolymères porteurs de groupes alcynyl ou allyl pendants sont convertis en copolymères doublement hydrophiles capables de complexer le calcium. Utilisés comme agent structurant pour la formation de particules de carbonate de calcium, ceux-ci permettent d’en réduire la taille et son hétérogénéité de façon remarquable. Le recours à un procédé utilisant le dioxyde de carbone à l’état supercritique conduit ainsi à des particules de 1.5μm.Enfin, l’ajout de lysozyme à ce procédé permet son encapsulation dans les particules de CaCO3, en préservant l’activité de cette protéine plus efficacement que le procédé conventionnel recourant à l’acide hyaluronique. / Polymers with repeating phosphoester linkages in the backbone are biodegradable and emerged as a promising class of novel biomaterials, especially in the field of drug delivery systems. The pentavalency of the phosphorus atom offers a large diversity of structures and as a consequence a wide range of properties for these materials.The thesis focused on the synthesis of novel well-defined diblock copolymers made of one hydrophilic polyethylene oxide (PEO) block and one polyphosphotriester (PPE) block bearing unsaturations as side-group, as a platform for the design of advanced drug delivery systems.Firstly, novel alkenyl PEO-b-PPE amphiphilic copolymers were self-assembled in water, taking profit of the unsaturations to prepare core cross-linked micelles. Doxorubicin could be successfully loaded by impregnation in these micellar nanocarriers leading to improved stability and loading as compared to the corresponding non-cross-linked systems.Besides, the alkynyl and allyl unsaturations of PEO-b-PPE copolymers were used to prepare novel double hydrophilic block copolymers exhibiting calcium complexation capabilities. They were found quite efficient as template for the formation of calcium carbonate particles providing particles of unprecedented small size, and high size homogeneity. The use of a supercritical carbon dioxide process with carboxylic acid containing copolymers allows reaching CaCO3 particles about 1.5 μm. Finally, we demonstrate that adding lysozyme to the process allows encapsulation of this enzyme into the CaCO3 carriers, the protein activity being better preserved by using the PPE-b-PEO as compared to more conventional hyaluronic acid as a template.

Ce travail porte sur le développement de systèmes d’encapsulation à base de polysaccharides et de molécules antimicrobiennes de nature protéique comme le lysozyme du blanc d’œuf et la nisine produite par la bactérie Lactococcus lactis. La coacervation complexe de l’alginate ou la pectine (deux polysaccharides anioniques) avec le lysozyme ou la nisine, chargés positivement sur une large gamme de pH, serait une solution pour protéger ces molécules et assurer une libération contrôlée lors de la conservation d’un aliment. Les polysaccharides utilisés ont été choisis en fonction de leur sensibilité aux enzymes produites par les bactéries cibles. L’ensemble des travaux menés à différentes échelles a mis en évidence (i) le rôle de certains facteurs physico-chimiques (ratio, pH, force ionique,…) sur les interactions mises en jeu entre le lysozyme ou la nisine et l’alginate ou la pectine, (ii) l’influence de ces facteurs sur les propriétés des complexes formés et (iii) le rôle des polysaccharides sélectionnés dans la stabilisation de la structure du lysozyme ou de la nisine lors du séchage par atomisation. Enfin, la structure et l’activité antimicrobienne des films obtenus par voie solvant (casting) et des microcapsules obtenues par atomisation sont étudiées en relation avec les propriétés des complexes formés. Ce travail a permis une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la formation des complexes peptides/polysaccharides ou protéines/polysaccharides, leur résistance au séchage par atomisation ainsi que leur capacité à protéger et à libérer des molécules actives / This work deals with the development of encapsulation systems based on polysaccharides and antimicrobial molecules of protein nature such as hen egg-white lysozyme and nisin produced by Lactococcus lactis. Complex coacervation of alginate or pectin (two anionic polysaccharides) with lysozyme or nisin, positively charged over a wide range of pH, would be a solution to protect these molecules and ensure their controlled release during food preservation. The used polysaccharides were chosen according to their sensitivity to the enzymes produced by the targeted bacteria. The whole of this work performed at various levels showed (i) the impact of some physicochemical factors (ratio, pH, ionic strength,…) on the interactions between lysozyme or nisin and alginate or pectin, (ii) the influence of these factors on the properties of the formed complexes, and (iii) the role of the selected polysaccharides in stabilizing the structure of lysozyme or nisin during spray-drying. Finally, the structure and the antimicrobial activity of films produced by casting and microcapsules obtained by spray-drying were studied in relation to the properties of the formed complexes. This work makes it possible to contribute to a better understanding of the various mechanisms implied in the formation of peptide/polysaccharide or protein/polysaccharide complexes, their resistance to spray-drying and their ability to protect and release active molecules

Les pathologies intestinales sont des maladies multifactorielles dont l’incidence ne cesse d’augmenter. Les maladies organiques regroupent les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin tel que la maladie de Crohn (MC) et les pathologies fonctionnelles digestives comprennent les différentes formes du syndrome de l'intestin irritable (SII). Ces pathologies présentes des caractéristiques communes comme des troubles du transit, des douleurs abdominales, un dysfonctionnement de la barrière intestinale et des modifications de la communication bidirectionnelle de l’axe intestin-cerveau et une altération de la composition du microbiote intestinal (dysbiose). Cette dernière peut être en partie associée à un déficit de production en peptides et protéines antimicrobiennes (PAMs) par les cellules de Paneth. Parmi les cibles thérapeutiques stratégiques, une réduction de la dysbiose dans le but de réduire l’état inflammatoire ou micro-inflammatoire de la muqueuse font aujourd’hui l’objet de différentes études. Ces traitements alternatifs montrent l’efficacité d’un régime nutritionnel adapté, d’un apport en probiotiques ou en prébiotiques sur le microbiote intestinal des patients MC et SII, et sur l’intégrité de leur barrière intestinale. Parmi les matrices alimentaires présentant une composition nutritionnelle intéressante proche du lait maternel humain, le lait d’ânesse (LA) contient également une forte teneur en PAMs (lysozyme). En parallèle, un observatoire économique et social de la filière asine commandité par l’Institut National Âne et Mulet fait le diagnostic d’une activité grandissante autour du LA chez les éleveurs français et montre, face à une concurrence italienne et chinoise importante, la nécessité d’une meilleure organisation de la filière via une meilleure valorisation du LA. L’objectif de cette thèse était d’évaluer un potentiel effet santé du LA et d’apporter des preuves scientifiques robustes pour permettre une meilleure valorisation de ce dernier. Ainsi, l’effet d’une consommation orale chronique de LA a été évalué sur deux modèles précliniques murins distincts : un modèle d’iléite expérimentale induite par une administration per os d’indométacine et un modèle de stress psychologique chronique (Water Avoidance Stress, WAS). Dans ce travail, le rôle clé de l’activité du lysozyme dans les effets observés a également été évalué. Des essais de traitements thermiques ont aussi été réalisés pour optimiser un barème de pasteurisation permettant de proposer un LA répondant aux normes réglementaires microbiologiques et sanitaires tout en conservant l’activité du lysozyme contenue dans le lait. Les travaux de cette thèse montrent que le LA possède des propriétés anti-inflammatoires se traduisant par une réduction significative des lésions inflammatoires macroscopiques et microscopiques de l’iléon. Cet effet est associé à une réduction de la dysbiose intestinale et normalise les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth drastiquement réduits lors de l’iléite. Dans le modèle WAS, le LA et la fraction contenant l’activité en lysozyme réduisent l’hypersensibilité viscérale, l’état micro-inflammatoire induites par le stress et restaurent les niveaux de PAMs dans les cellules de Paneth réduits par le stress. Un traitement thermique de 2 min/72°C permet d’augmenter la durée de vie du LA tout en conservant l’activité du lysozyme et ses propriétés santé sur la muqueuse intestinale chez la souris. / Gut pathologies are multifactorial with a constant increasing incidence. Organic diseases include inflammatory bowel diseases such as Crohn's disease (CD) and functional pathologies include various subtypes of irritable bowel syndrome (IBS). These pathologies present common features such as transit disorders, abdominal pain, dysfunction of the intestinal barrier associated with bidirectional gut-brain axis modifications and alterations of the gut microbiota composition (dysbiosis). Dysbiosis is generally associated with a lack of production of antimicrobial peptides and proteins (AMPs) by Paneth cells. Among the alternative treatment strategies, it has been proposed to reduce gut inflammation by correcting intestinal dysbiosis. Recent studies show the efficacy of a suitable diet, probiotics or prebiotics interventions on gut microbiota and on the integrity of their intestinal barrier in CD and IBS patients. Among interesting food matrices, donkey milk (DM) is a good candidate with a nutritional composition close to human breast milk and contains high levels of AMPs like lysozyme. An economic and social observatory of the donkey industry was ordered by the Institut National Âne et Mulet for a better support of growing French activity around DM against Italian and Chinese competitions. The objective of this thesis was to evaluate the potential beneficial healthy effect of DM and to provide robust scientific evidences for a better valorization of this product. Thus, the effect of chronic oral intake of DM was evaluated on two distinct murine preclinical models: a model of experimental ileitis induced by an oral administration of indomethacin and a model of chronic psychological stress (Water Avoidance Stress, WAS). In these studies, the key role of lysozyme activity in the observed effects was highlighted. In order to develop the DM market in France, thermal treatments have been carried out to optimize a pasteurization process to obtain a DM in accordance with the regulatory microbiological and sanitary standards while preserving the activity of the lysozyme contained in milk. The work of this thesis shows that DM exerts anti-inflammatory properties resulting in a significant reduction of the macroscopic and microscopic inflammatory lesions of the ileum. This effect is associated with a reduction of gut dysbiosis while normalizing the level of drastically reduced AMPs contained Paneth cells in the ileitis model. In the WAS model, DM and the fraction containing activity of lysozyme reduce visceral hypersensitivity, stress-induced gut microinflammatory status and also restore the level of AMPs in Paneth cells . A heat treatment at 2 min/72 °C allows to increase the shelf-life of DM while preserving the activity of lysozyme and its gut beneficial healthy properties in mouse.

The purpose of this study was to observe penetration profiles of lysozyme on a variety of contact lens materials by confocal microscopy, to analyze influential factors that are involved in these penetration curves and to suggest possible mechanisms related to the in-eye clinical performance of these materials. An FITC-lysozyme conjugate was synthesized in-house by amine reaction. Contact lenses were incubated in a lysozyme solution with a final concentration of 1.9 mg/mL for various periods before undergoing microscopic analysis. Optimal parameters for confocal scanning were successfully obtained to acquire desired fluorescence signals on various contact lenses. Measurement units were converted into absolute amounts of lysozyme using lysozyme data from ^(125)I gamma counting studies. A rhodamine labeled dextran solution was applied to distingush the surface of the contact lenses under examination. The data from these studies were then used to calculate the theoretical numbers of layers of adsorbed lysozyme on the lens surface. The results show that there were distinct differences in lysozyme penetration in the twelve hydrogel materials examined. A pure pHEMA lens, with a water content of 38%, deposited lysozyme primarily on the lens surface after 24 hours, with full penetration occurring after 4-weeks of incubation. Three types of non-ionic contact lens materials with water contents > 50% exibited rapid penetration within the lens bulk after 24-hours incubation, with increased deposition within the matrix after 4 weeks. Two ionic, high water content polymers (Acuvue 2 and Focus Monthly) exhibited markedly different penetration profiles, particularly after 24 hours, with very rapid and total penetration in Acuvue 2, as compared with partial penetration in Focus Monthly. Modern silicone hydrogel contact lenses can be nominally divided into first generation, plasma-modified materials and second generation materials which incorporate an internal wetting agent such as polyvinyl pyrrolidone (PVP). These materials exhibited different lysozyme deposition profiles. Lysozyme fully penetrated PureVision after 24 hours, whereas no lysozyme penetration occurred on lenses manufactured from Focus Night & Day or O_2Optix, even after 4 weeks. Lenses manufactured from Acuvue Advance and Acuvue OASYS, two second generation silicone hydrogel lenses, also displayed their own characteristic deposition profile. Acuvue Advance always exhibited a partial penetration of lysozyme within the matrix, even after 4 weeks of doping. Interestingly, Acuvue OASYS showed a similar profile to Focus Night & Day and O_2Optix, with predominantly surface deposition occurring. To confirm possible surface adsorption of lysozyme on surface-coated Focus Night & Day and O_2Optix, a rigid polymethylmethacrylate (PMMA) contact lens was used as a model of surface adsorption. A mounting medium containing rhodamine labeled dextran was scanned to distinguish the lens surface, as it was assumed that no surface penetration of the very high molecular weight dextran would occur. Using this model, it was confirmed that surface adsorption of lysozyme occurred on these plasmacoated lens materials, which is similar to that seen with PMMA. In a further experiment, it was seen that lysozyme sorption on Acuvue OASYS exhibits a penetration profile which is different to that seen in Focus Night & Day and O_2Optix, with lysozyme just penetrating the lens surface. The results from the studies described above demonstrated that in 24 hours lysozyme sorption did not achieve a complete monolayer. However, after 4 weeks multi-layer adsorption occurred, with the more hydrophilic materials depositing the most lysozyme. The quantitative measurement of lysozyme penetration on and into contact lens materials by confocal microscopy combined with ^(125)I labelling offers a valuable tool to discover the potential mechanisms of interactions between protein and polymer materials. This study reveals some important information that may be beneficial to contact lens development and will prove to be valuable in other more broad areas of biomedical research in which polymers and biological fluids come into contact. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

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