Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectif d’une part le développementd’une nouvelle famille de protéines artificielles et d’autre part la création de nouveaux sitesde fixation spécifiques dans ces protéines. L’objectif général était de développer une approchegénérale permettant d’obtenir rapidement des protéines reconnaissant toute macromoléculecible choisie. On peut voir ces protéines artificielles spécifiques comme des sortes d’anticorpsartificiels pour leur spécificité et leur affinité mais dont les propriétés physiques : stabilité,solubilité, efficacité d’expression, insensibilité à l’agrégation sont nettement plus favorablesque celles des anticorps et de leur dérivés.Le premier chapitre, présente la conception et la construction d’une bibliothèque deprotéines artificielles dite de première génération où les protéines sont formées par larépétition d’un motif idéalisé à partir d’une famille de motifs naturels appelés HEAT repeats.Toutes les protéines de la bibliothèque, dénommées αRep, sont conçues pour avoir la mêmearchitecture générale mais diffèrent les unes des autres par le nombre de motifs et par laséquence dans certaines positions rendues variables au sein de chaque motif. Cette banquenous a permis de valider l’architecture αRep choisie : Les protéines s’expriment sous formesoluble, sont très stables et adoptent la structure secondaire et tertiaire attendue quel que soitla séquence des positions hypervariables. Le second chapitre présente alors les approchessuivies pour l’amélioration de la qualité et de la diversité de la bibliothèque et a conduit à laconstruction d’une bibliothèque d’αRep de deuxième génération. Cette dernière bibliothèque(2 .1) repose sur le même schéma général mais contient une diversité ayant été optimiséelors de la conception puis améliorée expérimentalement par une procédure dite deFiltration/shuffling. Cette bibliothèque très diverse (1.7*109 clones indépendants) a été alorsexploitée pour y rechercher, par des méthodes d’exposition sur phages, de nouvelles αRepreconnaissant des protéines cibles préalablement choisies. L’ensemble des résultats montretrès clairement que des αRep reconnaissant spécifiquement, avec une affinité élevée, desprotéines cibles choisies arbitrairement peuvent être effectivement obtenues. Les structurestridimensionnelles de plusieurs complexes formés entre les αRep et leur cible a été résoluepermet de comprendre la nature et l’organisation précise de ces capacités de reconnaissancemoléculaire nouvellement créées. / The main objective of this work was to design, produce and characterize a new familyof artificial proteins and to introduce new tailored specific binding sites within this structuralframework. Our general goal was to develop method allowing to rapidly generate newprotein binding specifically to any predefined target macromolecule. Binders based onartificial proteins can be viewed as antibody-like molecules but due to their different structurehave more favorable physical properties (expression, solubility, folding efficiency, stability)than antibodies and derivatives.The design and experimental assembly of a first generation artificial protein library isdescribed in part I. Proteins of this library are made by a repetition of a motif idealized from afamily of natural protein repeats (HEAT repeat). These artificial proteins, named αRep, havethe same general fold but the number of the repeated motif vary from protein to protein.Furthermore, a set of positions of each motif is highly variable within the library. Proteinisolated from this first generation library are well expressed, soluble, extremely stable andwere shown to have the designed secondary and tertiary structure.The methods used to improve the diversity and the experimental quality of the protein libraryare described in the second part of this thesis and have allowed us to create a secondgeneration αRep library. This library is based on the same general scheme but its diversitywas optimized by an improved design and experimental procedures known as filtration/shuffling.This highly diverse second generation library (1.7*109 independent clones) was usedto select variants with tailored binding specificities using phage display method. The resultsclearly show that news αReps binding tightly and specifically a range of arbitrarily definedprotein targets can be efficiently selected. The tertiary structure of complexes between αRepand their cognate target molecule were solved and allow to analyze the nature and detailedorganization of this newly engineered molecular recognition capacities.

Kohlenhydrate stellen aufgrund der strukturellen Vielfalt und ihrer oft exponierten Lage auf Zelloberflächen wichtige Erkennungsstrukturen dar. Die Wechselwirkungen von Proteinen mit diesen Kohlenhydraten vermitteln einen spezifischen Informationsaustausch. Protein-Kohlenhydrat-Interaktionen und ihre Triebkräfte sind bislang nur teilweise verstanden, da nur wenig strukturelle Daten von Proteinen im Komplex mit vorwiegend kleinen Kohlenhydraten erhältlich sind. Mit der vorliegenden Promotionsarbeit soll ein Beitrag zum Verständnis von Protein-Kohlenhydrat-Wechselwirkungen durch Analysen struktureller Thermodynamik geleistet werden, um zukünftig Vorhersagen mit zuverlässigen Algorithmen zu erlauben. Als Modellsystem zur Erkennung komplexer Kohlenhydrate diente dabei das Tailspike Protein (TSP) aus dem Bakteriophagen HK620. Dieser Phage erkennt spezifisch seinen E. coli-Wirt anhand der Oberflächenzucker, der sogenannten O-Antigene. Dabei binden die TSP des Phagen das O-Antigen des Lipopolysaccharids (LPS) und weisen zudem eine hydrolytische Aktivität gegenüber dem Polysaccharid (PS) auf. Anhand von isolierten Oligosacchariden des Antigens (Typ O18A1) wurde die Bindung an HK620TSP und verschiedener Varianten davon systematisch analysiert. Die Bindung der komplexen Kohlenhydrate durch HK620TSP zeichnet sich durch große Interaktionsflächen aus. Durch einzelne Aminosäureaustausche im aktiven Zentrum wurden Varianten generiert, die eine tausendfach erhöhte Affinität (KD ~ 100 nM) im Vergleich zum Wildtyp-Protein (KD ~ 130 μM) aufweisen. Dabei zeichnet sich das System dadurch aus, dass die Bindung bei Raumtemperatur nicht nur enthalpisch, sondern auch entropisch getrieben wird. Ursache für den günstigen Entropiebeitrag ist die große Anzahl an Wassermolekülen, die bei der Bindung des Hexasaccharids verdrängt werden. Röntgenstrukturanalysen zeigten für alle TSP-Komplexe außer für Variante D339N unabhängig von der Hexasaccharid-Affinität analoge Protein- und Kohlenhydrat-Konformationen. Dabei kann die Bindestelle in zwei Regionen unterteilt werden: Zum einen befindet sich am reduzierenden Ende eine hydrophobe Tasche mit geringen Beiträgen zur Affinitätsgenerierung. Der Zugang zu dieser Tasche kann ohne große Affinitätseinbuße durch einen einzelnen Aminosäureaustausch (D339N) blockiert werden. In der zweiten Region kann durch den Austausch eines Glutamats durch ein Glutamin (E372Q) eine Bindestelle für ein zusätzliches Wassermolekül generiert werden. Die Rotation einiger Aminosäuren bei Kohlenhydratbindung führt zur Desolvatisierung und zur Ausbildung von zusätzlichen Wasserstoffbrücken, wodurch ein starker Affinitätsgewinn erzielt wird. HK620TSP ist nicht nur spezifisch für das O18A1-Antigen, sondern erkennt zudem das um eine Glucose verkürzte Oligosaccharid des Typs O18A und hydrolysiert polymere Strukturen davon. Studien zur Bindung von O18A-Pentasaccharid zeigten, dass sich die Triebkräfte der Bindung im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen O18A1-Hexasaccharid verschoben haben. Durch Fehlen der Seitenkettenglucose ist die Bindung im Vergleich zu dem O18A1-Hexasaccharid weniger stark entropisch getrieben (Δ(-TΔS) ~ 10 kJ/mol), während der Enthalpiebeitrag zu der Bindung günstiger ist (ΔΔH ~ -10 kJ/mol). Insgesamt gleichen sich diese Effekte aus, wodurch sehr ähnliche Affinitäten der TSP-Varianten zu O18A1-Hexasaccharid und O18A-Pentasaccharid gemessen wurden. Durch die Bindung der Glucose werden aus einer hydrophoben Tasche vier Wassermoleküle verdrängt, was entropisch stark begünstigt ist. Unter enthalpischen Aspekten ist dies ebenso wie einige Kontakte zwischen der Glucose und einigen Resten in der Tasche eher ungünstig. Die Bindung der Glucose in die hydrophobe Tasche an HK620TSP trägt somit nicht zur Affinitätsgenerierung bei und es bleibt zu vermuten, dass sich das O18A1-Antigen-bindende HK620TSP aus einem O18A-Antigen-bindenden TSP evolutionär herleitet. In dem dritten Teilprojekt der Dissertation wurde der Infektionsmechanismus des Phagen HK620 untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass analog zu dem verwandten Phagen P22 die Ejektion der DNA aus HK620 allein durch das Lipopolysaccharid (LPS) des Wirts in vitro induziert werden kann. Die Morphologie und Kettenlänge des LPS sowie die Aktivität von HK620TSP gegenüber dem LPS erwiesen sich dabei als essentiell. So konnte die DNA-Ejektion in vitro auch durch LPS aus Bakterien der Serogruppe O18A induziert werden, welches ebenfalls von dem TSP des Phagen gebunden und hydrolysiert wird. Diese Ergebnisse betonen die Rolle von TSP für die Erkennung der LPS-Rezeptoren als wichtigen Schritt für die Infektion durch die Podoviren HK620 und P22. / Carbohydrates are important for recognition events because of their diverse structure and their exposition on cell surfaces. Interactions between proteins and carbohydrates mediate a specific exchange of information crucial for manifold biological functions. The energetics of protein-carbohydrate-interactions are not very well understood so far due to the lack of structural data of proteins in complex with extensive oligosaccharides consisting of more than two building blocks. This dissertation improves the understanding of how proteins recognize complex carbohydrates by analysis of structural thermodynamics, which might lead to reliable algorithms for predictions of protein-carbohydrate-interactions. As model system for this work the tailspike protein (TSP) from coliphage HK620 was used. This phage recognizes specifically the surface O-antigen of its E. coli host by its TSP. HK620TSP does not only bind the O-antigen of host lipopolysaccharide (LPS), but also cleaves the polysaccharide (PS) by its endo-N-acetylglusaminidase activity. HK620TSP binds hexasaccharide fragments of this PS with low affinity (KD ~ 130 μM). However, single amino acid exchanges generated a set of high-affinity mutants with submicromolar dissociation constants (KD ~ 100 nM). Strikingly, at room temperature association is driven by enthalpic and entropic contributions emphasizing major solvent rearrangements upon complex formation. Regardless of their affinity towards hexasaccharide the TSP complexes showed only minor conformational differences in crystal structure analysis accept of mutant D339N. The extended sugar binding site can be subdivided into two regions: Firstly, there is a hydrophobic pocket at the reducing end with minor affinity contributions. Surprisingly, access to this site is blocked by a single exchange of aspartate to asparagine (D339N) without major loss in hexasaccharide affinity. Secondly, there is a region where specific exchange of glutamate for glutamine (E372Q) creates a site for an additional water molecule. Upon sugar binding side chain rearrangements lead to displacement of this water molecule and additional hydrogen bonding. Thereby this region of the binding site is defined as the high affinity scaffold. HK620TSP is not only specific for the O18A1-antigen, but also the lacking of the branching glucose in the O18A1-antigen can be tolerated so that the accordant O18A PS can be bound and cleaved by HK620TSP as well. Surprisingly, in binding studies with the smallest O-antigen units of these PS the O18A pentasaccharide was bound by TSP variants with nearly the same affinity or even a slightly increased one compared to the O18A1 hexasaccharide. However, there is a change in thermodynamic contributions to binding: the lack of the glucose moiety leads to a less entropically favored binding compared to binding of O18A1-hexasaccharide (Δ (-TΔS) ~ 10 kJ/mol). In contrast the enthalpic contribution to the binding is more favorable (ΔΔH ~ -10 kJ/mol) for the binding of O18A pentasaccharide. The side-chain glucose contributes to entropy by the release of four water molecules out of a hydrophobic pocket. The binding of this branching glucose is paid by an enthalpic penalty because of the breakup of hydrogen bonding of displaced water molecules and destabilizing contacts between sugar and protein in this hydrophobic pocket. Therefore the binding of the glucose in this pocket does not account for generating affinity and an evolutionary relation of HK620TSP to an O18A-antigen binding protein is presumed. Finally, the infection mechanism of phage HK620 was studied as well. In analogy to the related phage P22 the DNA-ejection could be triggered by incubation of HK620 with the host LPS in vitro. The morphology and chain length of the LPS as well as the activity of HK620TSP towards the LPS are crucial for this in vitro DNA-ejection. Thus, the DNA-ejection could also be induced by LPS from bacteria of serogroup O18A which can be bound and hydrolyzed by HK620TSP. These results stress the role of TSP for the recognition of host LPS-receptors as a crucial step of infection by podoviruses P22 and HK620.

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Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La bronchopneumopathie chronique obstructive ou BPCO est une atteinte des voies respiratoires causée par le tabagisme. Cette maladie pulmonaire chronique et non réversible pour laquelle il n’y pas de traitement curatif se caractérise par une inflammation permanente du tractus respiratoire. Celle-ci est due à l’afflux massif de cellules de l’inflammation, principalement des neutrophiles et macrophages, qui libèrent après activation, de nombreuses protéases actives. Ces protéases vont alors dégrader les protéines de structure comme l’élastine, ce qui va entraîner la dégradation progressive des alvéoles pulmonaires et au final une altération de plus en plus marquée de la fonction respiratoire. Parmi les différentes protéases présentes dans le poumon, la MMP-12 de macrophage, joue un rôle clé dans la physiopathologie de la maladie. / Chronic obstructive pulmonary disease or COPD is a lung disease caused by tobacco smoking. This is a chronic and non reversible disease for which no curative treatment is available yet. Permanent inflammation of the airways is a hallmark of COPD because immune cells such as neutrophils and macrophages are continuously recruited. Once activated, these cells release numerous active proteases which participate to the degradation of structural proteins of the lungs such as elastin, leading to lung emphysema as a consequence of lung alveoli degradation. Among the different proteases found in the lungs, macrophage MMP-12 has been reported to play a key pathogenic role in COPD development.

O tratamento atual indicado para casos de envenenamentos por peçonhas é a administração intravenosa de antivenenos, produzidos através da hiperimunização de animais. Entretanto, os antivenenos disponíveis podem, algumas vezes, não proteger os pacientes e causar reações de hipersensibilidade. Fosfolipases A2 (PLA2), L-aminoácido oxidases (LAAO), metalo e serinoproteases são os principais componentes de peçonhas ofídicas e contribuem para a neurotoxicidade, hemorragia, hemólise, miotoxicidade, cardiotoxicidade e formação de edemas. Foram empregados ensaios para avaliar as atividades das enzimas presentes na peçonha de serpentes da espécie Lachesis muta rhombeata e aquele para atividade de protease foi otimizado. A tecnologia de Phage display foi empregada para a seleção de fagos-anticorpos capazes de reconhecer a peçonha bruta. Os fagos foram amplificados em Escherichia coli TG1 e usados para infectar E. coli HB2151, a qual produz fragmentos de anticorpos humanos solúveis. Estes foram purificados e utilizados em testes de inibição de alguns dos componentes tóxicos da peçonha. Os testes de atividade para PLA2, protease e Laminoácido oxidase foram padronizados com sucesso e as 3 proteínas mostraram elevada atividade enzimática. Após otimização, a quantidade de peçonha necessária para o ensaio de protease foi reduzida em 25 vezes. A massa molecular de PLA2 foi estimada em 17 kDa e as massas moleculares de proteases foram estimadas em 40, 35 e 24 kDa, através de zimogramas. O método de bio panning foi eficiente para a seleção de fagos-anticorpos contra a peçonha bruta. Diversos fragmentos de anticorpos foram purificados e incubados com a peçonha bruta para testar suas capacidades de neutralização sobre cada enzima. Cinco clones demonstraram-se hábeis em inibir a PLA2 através da inibição da hemólise. O clone 4E inibiu 100% da hemólise durante as duas horas de ensaio quando pré-incubado na proporção 2:1 (scFv:peçonha). Os clones 2C e 4E inibiram 100% durante uma hora quando pré-incubados na proporção 1:1 e os clones 2F e 9F inibiram a hemólise parcialmente. Outros testes serão conduzidos para a seleção de clones capazes de neutralizar as demais enzimas, os quais, juntamente com os clones já selecionados, serão analisados através de ensaios in vivo. Espera-se que eles possam contribuir para a construção de um novo antiveneno capaz de superar algumas das dificuldades associadas às técnicas de imunoterapia convencionais / The current treatment for animal envenoming is the intravenous administration of antivenoms, produced by animal hyperimmunization. Unfortunately, available antivenoms sometimes do not protect patients and may cause hypersensitivity reactions. Phospholipases A2 (PLA2), L-amino acid oxidases, metallo and serine proteases are considered the most important snake venom components and contribute to neurotoxicity, hemorrhage, hemolysis, myotoxicity, edematogeny and cardiotoxicity. Assays for evaluating the enzymes present in Lachesis muta rhombeata venom were developed and the protease one was optimized. Phage display technology was used to select phage antibodies able to recognize the crude venom. Phages were amplified in Escherichia coli TG1 and used to infect E. coli HB2151, which produces human antibody fragments. Inhibition tests aiming the neutralization of some toxic components of the venom were performed using purified antibody fragments. Activity assays for evaluating PLA2, protease and L-aminoacid oxidase were successfully performed and all enzymes showed high activity levels. The molecular mass of PLA2 was estimated in 17 kDa and the molecular mass of proteases were estimated in 40, 35 and 24 kDa, by zymography. After optimizing the conditions for proteolytic assay, it was possible to use 25 times less venom than it was necessary at first. The bio panning method was efficient for selecting specific phage antibodies against the crude venom. Several clones were selected to infect HB2151 and to produce soluble antibody fragments, which were purified and incubated with the venom to test their inhibition capacity over each enzyme. Five clones demonstrated ability to neutralize PLA2 by inhibiting hemolysis. The clone 4E could inhibit 100% of hemolysis for over 2 hours when preincubated at the ratio 2:1 (scFv:venom). Clones 2C and 4E could inhibit 100% for 1 hour when preincubated at the ratio 1:1 and clones 2F e 9F could inhibit partially. Other tests will be performed to select clones able to neutralize other enzymes and, together with the clones already selected, will be evaluated by in vivo experiments. It is expected that they may contribute to the construction of a potential new antivenom able to overcome some of the problems associated with conventional immunotherapy

L'objectif du travail de recherche concerne la conception et la réalisation de biocapteurs à base de mesures impédimétriques, pour lesquels la demande est forte dans différents domaines d'intérêt sociétal, en particulier l'environnement, la sécurité alimentaire et le biomédical. Les biocapteurs sont des moyens d'analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux applicables à des domaines extrêmement variés (environnement, santé, agroalimentaire,…). Dans ce type d'outil, un élément sensible de nature biologique (anticorps, enzyme, microorganisme, ADN…) doté d'un pouvoir de reconnaissance pour un analyte ou un groupe d'analytes est associé à un transducteur pouvant être de type électrochimique, optique ou thermique. Dans la première partie de ce travail, un aptasensor a été développé pour la détection de la thrombine. Deux aptamères different ciblant la thrombine étaient directement immobilisés sur l'électrode en or. L'aptasensor élaboré présente une grande sensibilité, spécificité et stabilité pour la thrombine. Dans la seconde partie, en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), nous avons surveillé l'immobilisation de protéines et sans marquage sur une surface d'or, au moyen d'une stratégie d'électro-adressage, compatible avec la production de biopuces pour multi-détection.Cette fonctionnalisation est réalisée par la cycloaddition alcyne / azoture, mieux connu comme la réaction «clic». Enfin, un biocapteur utilisant des protéines de phage à été développé pour la détection de E.coli / The objective of the research concerns the design and realization of biosensors based impedimetric measures, for which there is strong demand in various societal benefit areas, particularly the environment, food security and biomedical.Biosensors are rapid, selective and inexpensive devices that combine a biological recognition element, the so-called bioreceptor (e.g. enzymes, antibodies, DNA or microorganisms) to a physical transducer (e.g. electrochemical, optical, thermal or piezoelectrical). They can be used to detect one specific analyte or one family of analytes for a wide range of applications (e.g. environment, food, health). In the first part of this work, an aptasensor was developed for thrombin detection. Two different aptamers targeting thrombin were directly immobilized on the gold electrode. The aptasensor exhibits high sensitivity, specificity and stability in the detection of thrombin. In the second part, using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), we have, monitored label-free protein immobilization on a gold surface, through a strategy of electroaddressing, compatible with the production of microarrays for multi-detection. This functionalization is achieved via the alkyne/azide cycloaddition, better known as the "click" reaction.Finally, a biosensor using phage proteins was developed for detecting E. coli

Les virus peuvent être retrouvés dans tous les écosystèmes où de la vie est présente. Ils constituent l’entité biologique la plus abondante de la biosphère. Si de nombreuses données sont disponibles sur l’abondance et la dynamique virale dans les écosystèmes aquatiques tempérés, peu d’études ont été menées sur ces aspects dans les milieux extrêmes, dont les sources hydrothermales. Dans l’étude présentée dans ce manuscrit, les communautés procaryotiques et virales des sources hydrothermales des Terres australes et antarctiques françaises (TAAF) ont été explorées. Dans un premier temps, les cellules procaryotiques et les particules de type viral (VLP) ont été dénombrées dans plusieurs sources chaudes terrestres et marines côtières. L’abondance microbienne et virale est de l’ordre de 105 - 106 particules/ml dans les deux types de sources avec des rapports VLP/procaryotes (VPR) qui sont généralement faibles, concordant ainsi avec rares les données disponibles actuellement dans la littérature. Dans un second temps, la diversité morphologique des VLP a été analysée par observation au microscope électronique à transmission. La présence de VLP de morphologies différentes a pu être constatée dans quelques échantillons bruts, mais également dans des cultures d’enrichissement, où elles étaient associées à des Thermococcales et des Thermotogales. Finalement, quelques souches isolées de ces échantillons ont été criblées pour la présence de virus aboutissant à la description d’un nouveau bactériovirus tempéré associé à une bactérie thermophile Geobacillus. L’effet d’un choc osmotique en présence de NaCl et l’effet d’un stress anoxique sur la production virale ont également été étudiés. La caractérisation du virus GTV1 a ensuite été entamée. Il appartient à la famille des Myoviridae et a un génome composé d’ADN double brin de 38841 pb, composé de 71 ORF prédits. Enfin, l’étude de la diversité microbienne a permis de décrire une nouvelle espèce bactérienne hautement thermophile, Calditerricola clavaformis sp.nov. / Viruses thrive in all types of ecosystems where life is found. They represent the most abundant biological entity of our biosphere. Though several studies have been conducted on viral abundance and dynamics in mesophilic aquatic ecosystems, these aspects remain largely unexplored in extremophilic environments, such as hot springs. In this study, prokaryotic and associated viral communities of the French Southern and Antarctic Lands hot springs were explored. First, prokaryotic cells and Virus-like particles (VLP) were enumerated in several terrestrial and inshore hot springs. The results reveal an abundance of 105 - 106 particles/ml in both types of hot springs studied. The virus-to-prokaryote ratios (VPR) were generally low, confirming thus actual knowledge in these types of ecosystems. The morphological diversity of VLP was then studied in raw samples as well as in enrichment cultures containing Thermococcales and Thermotogales. Several isolates obtained from these samples were then screened for viral particles which led to the discovery and description of a temperate phage (GTV1) of a thermophilic bacterium belonging to the genus Geobacillus. The effect of NaCl and anoxic stress on the viral production was studied. The genomic characterization of the GTV1 was started and revealed a 38441 bp genome with 71 predicted ORF. Finally, microbial diversity studies led also to the discovery of a new extremely thermophilic bacterium, Calditerricola clavaformis sp.nov.

Cette thèse porte sur les différentes voies de fonctionnalisation et d'auto-organisation d'un système modèle dans le domaine de la matière condensée : le virus fd et ses mutants. Alors que son diagramme de phase cristal-liquide a été établi et sa correspondance qualitative avec les prédictions théoriques montrée, une des perspectives majeure consiste en son utilisation comme brique élémentaire dans la construction de nouveaux auto-assemblages. De telles avancées passent nécessairement par l'ajout de fonctions de manière régio-sélective sur le corps de la particule. Nous proposons dans ces travaux l'étude de plusieurs voies de fonctionnalisation menant à l'ajout d'espèces moléculaires ou macromoléculaires soit sur l'ensemble du virus ou bien uniquement à son extrémité.En réalisant le greffage de polymères thermosensibles, il est alors possible d'explorer les possibilités d'induire une transition de phase par variation du diamètre effectif du bâtonnet. En utilisant des diblocs d'élastine, ce principe est montré sur la transition entre le liquide isotrope et la phase nématique. L'utilisation de mutants particuliers, conçus par phage display, permet de s'intéresser alors uniquement à la fonctionnalisation de la protéine p3 située à une des extrémités du phage. L'ajout de chromophores permet alors une visualisation unique de la phase smectique et de ses défauts et crée également un effet patchy perturbant le diagramme de phase cristal-liquide. La biotine quant à elle permet la création d'auto-assemblages du fait de son interaction spécifique avec les dérivés d'avidine et un tel système est alors comparé avec un mutant dont l'ADN modifié permet l'expression directe d'une étiquette biologique complémentaire de la streptavidine. Les résultats prometteurs obtenus sont également complétés par une étude encourageante pour l'utilisation des systèmes cristal-liquides colloïdaux dans le domaine de l'électro-optique. / This thesis deals with the different paths of functionalization and self-organization of a model system of colloidal rod-like particles: the fd virus and its mutants. While its liquid-crystalline phase diagram is well established and proven to be in qualitative agreement with theory and numerical simulations, one of the most trending perspectives is its use as building-block in new self-assemblies. For such purposes, it is mandatory to add functions regio-specifically on the particle. We show in this work the study of several ways of functionalization leading to the grafting of molecular or macromolecular compounds onto the whole virus or only onto its tip.When grafting thermoresponsive polymers, we can then explore the possibilities to induce phase transitions by a variation of the effective diameter of the rod. Using diblocs of elastin-like peptides, this principle is shown to work on the isotropic-to-nematic phase transition. The use of particular mutants, engineered by phage display, allows us to functionalize only the tip of the virus. The addition of dyes provides unique features on the smectic phase and its defects and creates a patchy effect which is modifying the liquid-crystalline phase diagram. The functionalization with biotin leads towards the creation of new self-assemblies thanks to its specific interaction with avidine and such a system is then compared with a mutant displaying a biological tag interacting with streptavidin. The results obtained are promising and are completed by a whole study of the use of colloidal liquid-crystalline system in electro-optics.

A doença de Chagas, causada pelo parasita protozoário Trypanosoma cruzi, afeta milhões de pessoas, a maioria delas vivendo na América latina. Apesar dos avanços da medicina e da biotecnologia, ainda existem poucas opções de tratamento para indivíduos com a doença. Assim, é importante compreendermos os detalhes moleculares da infecção parasitária, para que novas alternativas terapêuticas e de diagnóstico possam ser desenvolvidas para esses pacientes. Neste trabalho estudamos esta doença em duas frentes, uma do ponto de vista do parasita, e a outra, da resposta do hospedeiro. Utilizando bioinformática, identifcamos um peptídeo conservado (denominado TS9) presente nas proteínas de superfície gp85/transsialidases do parasita. Este peptídeo é capaz de promover adesão celular e, na sua forma sintética, inibe a entrada do T. cruzi na célula hospedeira. Análise da estrutura proteica revelou que o peptídeo TS9 encontra-se num domínio do tipo laminina-G, lado-a-lado com o peptídeo FLY, outro peptídeo conservado desta grande família, previamente descrito pelo nosso grupo. Juntos, eles formam um sítio de adesão a citoqueratinas e proteínas de flamento intermediário. Na segunda parte, investigamos os antígenos e epítopos reconhecidos pelas imunoglobulinas de pacientes portadores da doença nas suas diferentes formas clínicas: assintomática e cardiomiopatias, leve ou grave. Criamos uma biblioteca de phage display contendo, virtualmente, todos os fragmentos proteicos existentes no T. cruzi, que foi varrida contra imunoglobulinas para a construção de um mapa da resposta humoral dos pacientes com a doença de Chagas. Nossos resultados mostram que a resposta dos pacientes é complexa, e mais de dois mil epítopos foram mapeados. Muitos deles, como os antígenos B13, SAPA e FRA já foram previamente descritos, validando nosso método. Porém, um grande número de novos epítopos, inclusive contra proteína descritas como hipotéticas ou sem função conhecida, também foram encontrados. Seus papéis na infecção e resposta imune da doença merecem, portanto, atenção. Em resumo, as abordagens e técnicas utilizadas nesta tese são inovadoras, e permitiram a identifcação de peptídeos e moléculas que poderão ser úteis para o desenvolvimento de novos métodos diagnósticos e terapêuticos para a doença de Chagas. / Chagas disease, caused by the protozoan parasite Trypanosoma cruzi, afects millions of people, most of them living in Latin America. Despite advances in medicine and biotechnology, there are still few treatment options for individuals with the disease. Thus, it is important to understand the molecular details of the parasitic infection, so that new therapeutic and diagnostic alternatives can be developed for these patients. In this work, we study this disease in two fronts, one from the point of view of the parasite, and the other, of the response of the host. Using bioinformatics, we identifed a conserved peptide (called TS9) present in the surface proteins gp85 / trans-sialidases of the parasite. This peptide is capable of promoting cell adhesion and, in its synthetic form, inhibits the entry of T. cruzi into the host cell. Analysis of the protein structure revealed that the TS9 peptide is in a laminin-G-like domain, side-by-side with the peptide FLY, another conserved peptide of this large family, previously described by our group. Together, they form an adhesion site to cytokeratins and intermediate flament proteins. In the second part, we investigated the antigens and epitopes recognized by the immunoglobulins of patients with the disease in their diferent clinical forms: asymptomatic and cardiomyopathies, mild or severe. We created a phage display library containing virtually all existing protein fragments in T. cruzi. This library was screened against immunoglobulins for the construction of a humoral response map of patients with Chagas disease. Our results show that the response of the patients is complex, and more than 2,000 epitopes have been mapped. Many of them, such as the B13, SAPA and FRA antigens have been previously described, validating our method. However, a large number of new epitopes, including many against proteins described as hypothetical or with no known function, were also found. Their roles in infection and immune response of the disease deserve, therefore, attention. In summary, the approaches and techniques used in this thesis are innovative and have allowed the identifcation of new peptides and molecules that may be useful for the development of new diagnostic and therapeutic methods for Chagas disease.