Le but de ce projet était de développer de nouvelles boissons laitières fermentées à base de lactosérum aux propriétés organoleptiques attrayantes. D’autres caractéristiques recherchées pour ces boissons étaient une concentration élevée en protéines, une haute teneur en probiotiques et sans additif (ni sucre, ni polysaccharides, ni colorants, ni arômes artificiels). Ces boissons auraient donc un effet bénéfique potentiel sur la santé cardiovasculaire, le poids corporel et le bien-être des consommateurs. Des boissons contenant 10% de protéines de lactosérum ont été fabriquées par fermentation de concentré de protéines de lactosérum (CPL) et/ou isolat de protéines de lactosérum (IPL). Dix CPL et deux IPL ont été évalués pour leur aptitude à la fermentation lactique. Sept ferments thermophiles et 2 souches probiotiques furent utilisés. L’impact des ferments, la stabilité des ferments et des probiotiques, la post acidification ainsi que les propriétés organoleptiques ont été évalués. Les conditions de fermentations ont été optimisées afin de générer des produits ayant au moins 1 à 10 milliards de probiotiques par portion. Ce projet a permis de développer des boissons fermentées (de type yogourt à boire) contenant 10% de protéines de lactosérum et 2 milliards de bactéries probiotiques par mL, et ce, uniquement à partir de dérivés de lactosérum. Par portion de 100 mL, ces boissons contiennent 200 milliards de probiotiques et seraient considérées comme les produits les plus riches en probiotiques sur le marché québécois. Ces résultats pourraient conduire à la mise en marché de nouveaux produits au fort potentiel de croissance qui répondent à plusieurs tendances de marché dans le secteur des aliments santé. / The aim of this project was to develop new fermented milk beverages from whey protein concentrates with attractive sensory properties. Other desired characteristics for these beverages were high protein concentration, high probiotic content and no use of additives (sugar, polysaccharides, colorants, artificial flavors). These drinks would have potential benefits on cardiovascular health, body weight and the well-being of consumers. Beverages containing 10% whey protein were obtained by fermenting whey protein concentrates (WPC) and/or whey protein isolates (WPI). Ten WPCs and two WPIs were evaluated for their ability to allow lactic fermentation by 2 types of mesophilic starter cultures. The medium with the best fermentation kinetics and the best organoleptic properties was selected. The impact of 7 thermophilic starter and 2 probiotic cultures on cell concentration and stability, post acidification and organoleptic properties was studied. The fermentations were adapted to generate products with at least 1 to 10 billion probiotics per serving. This project allowed the development of fermented beverages (drinking yogurt type) with 10% whey proteins and 2 billion probiotic bacteria per mL, exclusively from whey derivatives. Each 100 mL serving contained 200 billion probiotics and would be considered as a product with the highest probiotics counts on the Quebec market. These results could lead to the marketing of new products with high growth potential that respond to several market trends in the health food sector.

L’antibiorésistance est un problème de santé publique majeur, causé principalement par l’usage abusif d’antibiotiques dans les élevages. Les probiotiques sont une alternative potentielle aux antibiotiques. Cependant, acheminer ces microorganismes vivants et fonctionnels jusqu’au côlon est un grand défi, à cause du pH et des sels biliaires à affronter lors du passage gastro-intestinal. L’objectif de ce travail était de développer une matrice prébiotique capable de maintenir la survie et l’activité des probiotiques pendant le transit gastro-intestinal et de permettre leur libération dans le côlon. Pour atteindre cet objectif, cinq types de matrices sphériques (A, AI5, AI10, AI15, AI20) à base d’inuline (0 %, 5 %, 10 %, 15 % et 20 %) et d’alginate (2 %) ont été préparés par la méthode d’extrusion/gélification ionotropique. Trois souches probiotiques ont été utilisées au cours du développement des billes : Pediococcus acidilactici UL5 (UL5), Lactobacillus reuteri (LR) et Lactobacillus salivarius (LS). Dans un premier temps, toutes les formulations ont été caractérisées d’un point de vue physicochimique et microbiologique. Ces analyses ont permis de révéler une distribution homogène de l’inuline et de l’alginate au sein des matrices et ont démontré que la viabilité et la capacité antimicrobienne des souches utilisées n’étaient pas affectées par l’encapsulation. À la lumière de ces résultats, trois formulations A, AI5 et AI20 ont été sélectionnées pour la suite de l’étude. Dans un deuxième temps, la mucoadhésion et le comportement des billes A, AI5 et AI20 ont été étudiés dans les parties supérieures du tractus gastro-intestinal. Ces études ont démontré que la présence de l’inuline améliore les propriétés mucoadhésives des billes. Elles ont également établi que seule la formulation AI5 résiste jusqu’à la fin de la digestion. Ce comportement est expliqué en partie par l’interaction alginate-inuline décelée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Cette interaction était stable pour les billes AI5 au pH 6,8 mais instable pour la formulation AI20. Enfin, le comportement et la dynamique bactérienne de la formulation AI5 dans les milieux coliques fermenté et non fermenté ont été étudiés. Cette étude a révélé que les billes AI5 se dégradent et libèrent la totalité des bactéries après environ 4 heures d’incubation dans le milieu fermenté. Cette dégradation est due aux enzymes très abondantes dans ce milieu. En conclusion, la formulation AI5 s’est avérée être un très bon véhicule pour protéger les bactéries dans les parties supérieures du tube digestif et favoriser leur libération dans le côlon. Elle pourrait donc, être utilisée pour une application en alimentation animale. / Antibioresistance is a major public health issue, principally caused by the abusive use of antibiotics in farming. Probiotics are a potential alternative to antibiotics. However, delivering them alive and functional to the colon is a great challenge because of the pH and bile salts faced within the gastrointestinal tract. This work aims to develop a prebiotic matrix able maintain the probiotics alive and active during the gastrointestinal transit and able to release them in the colon. To reach this objective, five types of beads (A, AI5, AI10, AI15, AI20) were made of inulin (0 %, 5 %, 10 %, 15 % and 20 %) and alginate (2%) by extrusion/ionotropic gelation method. Three probiotic strains were used during the conception of the beads: Pediococcus acidilactici UL5 (UL5), Lactobacillus reuteri (LR) and Lactobacillus salivarius (LS). Firstly, all the formulations underwent physicochemical and microbiologic characterizations. These first characterizations revealed high yields of the inulin trapped in the beads. They also revealed the homogeneous distribution of inulin and alginate inside the matrix and demonstrated that the encapsulation did not affect the viability and the antimicrobial activity of the used strains. In the light of these results, the A, AI5 and AI20 formulations were chosen to continue the study. Secondly, the mucoadhesiveness and the behaviour of the A, AI5 and AI20 within the upper parts of the intestinal tract were studied. These studies demonstrated that the presence of inulin improve the mucoadhesiveness of the beads. They also demonstrated that only the AI5 formulation was able to resist until the end of the digestion. This behaviour was partly explained by the interaction of the alginate and the inulin found by the FTIR. This interaction was stable for the AI5 beads in pH 6.8 but unstable for the AI20 formulation. Finally, the behaviour and the bacterial dynamics of the AI5 formulation in the fermented and unfermented colonic medium were studied. This study revealed that the AI5 beads were degraded and released all of the bacteria after around 4 hours in the fermented medium. This degradation is probably due to the enzymes abundantly present in this medium. In conclusion, the abilities of AI5 formulation to protect the bacteria in the upper parts of the digestive tract and to release them to the colon can be affirmed. It could be used for an application in animal feeding.

Un procédé de fermentation basé sur une coculture des souches probiotiques Lactobacillus rhamnosus R et Lactobacillus rhamnosus RW9595M a été utilisé pour coproduire des exopolysaccharides (EPS) de poids moléculaires modulés. Dans cette étude, les deux souches ont été cultivées séparément et en coculture. Les souches ont été cultivées durant 72 h, à 37 °C, sous contrôle de pH à 6.0, et avec une agitation de 100 r.p.m. Deux milieux de culture ont été testés, le milieu minimum basai supplémenté (BMM-S) avec 1.1% (v/v) de tryptone et le perméat de lactosérum supplémenté (PLS) avec 1.1% (v/v) de tryptone, 0.5 mg /L de MgS04, 0.05 mg /L de MnS04 et 0.1% de Tween 80. La croissance cellulaire des souches et le poids moléculaire ont été mesurés au cours de la fermentation par dénombrement sur gélose et par HPLC-SEC, respectivement. Lorsque les souches ont été cocultivées dans le BMM-S en proportion de 1 :1, 991 ±30 mg/L d'EPS avec des poids moléculaires de 1.0 ± 0.21 x 106, 1.6 ± 0.16 x 106 Da, et 1.9 ± 0.18 x 105 Da, ont été obtenus. Dans le milieu PLS, les souches ont été cocultivées en proportion de 9:1 (R/RW9595M), 657 ± 90 mg/L d'EPS avec des poids moléculaires de 5.59 ± 0.82 x 104Da, ont été obtenus. La croissance cellulaire individuelle a été mesurée par qPCR-TaqMan pour les essais dans le milieu PLS. La concentration cellulaire maximale pour chaque souche était de 2.05 x 109 UFC/mL pour Lb. rhamnosus R, et de 3.67 x 108 UFC/mL pour Lb. rhamnosus RW9595M. Ce procédé est simple et économique pour la culture des probiotiques à haute valeur ajoutée en fabrications alimentaires.

L’induction de la tolérance orale est une des stratégies intéressantes pour prévenir les allergies alimentaires chez les enfants classés à risque. D’autre part, la composition de la microflore intestinale des enfants est un facteur important pour le développement de la tolérance. L’effet des bactéries probiotiques sur la tolérance orale a été très peu étudié et leurs mécanismes d’action sont mal documentés. Nous avons comparé l’effet de trois souches probiotiques sur l’induction et le maintien de la tolérance orale à la β-lactoglobuline chez la souris. Il a été observé que l’effet des probiotiques dépend de la souche utilisée et que la tolérance orale est bien induite et maintenue, aux niveaux humoral et cellulaire, en présence de Lactobacillus paracasei NCC2461. Les mécanismes d’action des probiotiques semblent être reliés à leur activité métabolique puisque des peptides issus de la β-lactoglobuline bovine, et libérés par L. paracasei ou Bifidobacterium lactis NCC362, modulent la réponse immune. Par contre, la stimulation de la voie de la cyclooxygénase-2 par les probiotiques n’a pas été observée, alors que l’implication de cette enzyme dans les mécanismes de la tolérance orale a clairement été démontrée. / Inducing oral tolerance to commonly allergenic food proteins is seen as a promising means to prevent food allergy in newborn population diagnosed as at risk of allergy. The intestinal microbiota has been shown to play a key role in oral tolerance development. Recently, a great interest has been focused on probiotic bacteria for their purported beneficial effects on human health but their effects on oral tolerance induction have been poorly investigated. The effect of three probiotic strains (Lactobacillus paracasei NCC2461, Lactobacillus johnsonii NCC533 and Bifidobacterium lactis NCC362) has been investigated and oral tolerance to bovine β-lactoglobulin (BLG) has been better induced and maintained in mice mono-colonized with L. paracasei. B. lactis and L. paracasei might induce oral tolerance through the hydrolysis of BLG and releasing of peptides with modified immunological properties. L. paracasei enzymes mainly hydrolyze acidic BLG-derived peptides and release smaller ones, which suppress splenocyte proliferation, down-regulate IFN-γ and IL-4 production and up-regulate IL-10 secretion. In contrast, hydrolysis of acidic BLG-derived peptides by B. lactis enzymes releases peptides, which stimulate splenocyte proliferation, IFN-γ and IL-10 production and down-regulate IL-4. Moreover, the residual allergenicity of released peptides is significantly reduced after B. lactis hydrolysis. These results suggest that L. paracasei and B. lactis might promote oral tolerance by activating different cellular mechanisms: L. paracasei stimulating the active suppression pathway, whereas B. lactis stimulating T helper type 1 lymphocytes downregulating T helper type 2 lymphocytes, implicated in allergy. On the other side, neither L. paracasei nor B. lactis was shown to stimulate the cyclooxygenase-2 pathway while its implication in oral tolerance induction has been clearly demonstrated.

Listeria monocytogenes est un pathogène alimentaire capable de coloniser le tube digestif de l'humain et causer des infections graves chez les personnes dont le système immunitaire est diminué (femmes enceintes, nouveaux-nés, greffés, personnes âgées, etc.). Son incidence dans les pays industrialisés est faible, mais son taux de mortalité est très élevé (20 à 30%). Le but de cette recherche est d'étudier la capacité des souches de bifidobactéries productrices de bacteriocines à prévenir une infection entérique à L. monocytogenes. Ce projet de recherche fait suite à des travaux antérieurs au cours des quels de nouvelles souches de bifidobactéries d'origine humaine productrices de bacteriocines actives contre L. monocytogenes ont été isolées à partir de fèces de nouveaux-nés. Les bacteriocines produites par les souches Bifidobacterium RBL 67 et RBL 70 ont été extraites des surnageants de culture et appliquées sur des cultures de L. monocytogenes. Ces deux bacteriocines ont montré une activité comparable à celle de la nisine A et la nisine Z. Trois souches bactériocinogènes (RBL 67, RBL68 et RBL70) ont été utilisées pour évaluer la capacité de chacune d'elles à bloquer l'adhésion et la l'invasion de L. monocytogenes sur des cellules Caco-2 et HT-29. La souche RBL 70 s'est montrée la plus efficace avec une diminution de 38% à 90% de l'invasion. De plus, lorsque les bifidobactéries sont ajoutées une heure avant L. monocytogenes, l'efficacité des trois souches augmente pour atteindre pour la plupart 99% d'inhibition. Suite à ces essais in vitro, un modèle animal d'infection à L. monocytogenes a été développé et la souche Bifidobacterium RBL 67 a été utilisée afin de diminuer l'infection chez la souris. Les animaux infectés ayant reçu le probiotique présentent une perte de poids moindre comparé au témoin d'infection. De plus, les comptes de L. monocytogenes dans les organes cibles (contenu intestinal, foie, rate) sont plus faibles chez le groupe probiotique que chez le groupe témoin. L'activité de ces nouvelles souches de bifidobactéries contre Listeria monocytogenes montre leur capacité à lutter contre les infections intestinales et soutient leur éventuelle utilisation comme probiotique chez l'humain.

Nous avons déjà démontré que les probiotiques réduisaient l'apoptose observée dans le système limbique après un infarctus du myocarde (IM), suggérant un rôle anti-dépresseur potentiel des probiotiques. Cette étude a été conçue pour déterminer si les probiotiques pouvaient atténuer le comportement dépressif observé après un infarctus du myocarde. Un autre objectif visait à démontrer qu’une altération de la barrière intestinale pourrait avoir lieu lors d’un IM et que les probiotiques pourraient empêcher cette altération de la perméabilité intestinale. Méthodes: Des rats mâles Sprague-Dawley ont reçu des probiotiques (1 milliard de cellules bactériennes vivantes de Lactobacillus helveticus R0052 et Bifidobacterium longum R0175) ou le véhicule tous les jours en dilution dans leur eau, débutant 1 semaine avant l'induction d'une ischémie myocardique. Un infarctus a ensuite été induit chez la moitié des rats, par l'occlusion de l'artère coronaire antérieure gauche (40 minutes) suivie d'une reperfusion. Les rats témoins, l'autre moitié de la cohorte, ont été soumis à la même procédure sans occlusion coronarienne. Une semaine après l'infarctus, les animaux ont été resoumis au traitement préalable jusqu'au moment du sacrifice. Le comportement dépressif a été évalué par trois tests soit: l'interaction sociale, le test de nage forcée et le test d'évitement passif. Résultats: Les résultats obtenus indiquent qu'en absence d'infarctus, les probiotiques n'ont pas d'effet significatif. Toutefois, en dépit de taille similaire IM, des rats traités avec des probiotiques, ont démontré davantage d'interactions sociales et une meilleure performance dans le test de nage forcée et d'évitement passif, comparativement à des rats du groupe IM sans probiotique (p<0,05). Conclusion: Les probiotiques atténuent le comportement dépressif observé après infarctus du myocarde par un mécanisme qui pourrait impliquer l'intégrité des intestins. / We have already shown that probiotics reduce apoptosis in the limbic system after a myocardial infarct, suggesting a potential anti-depressive role of probiotics. This study was conceived to determine if probiotics could lessen the depressive behaviour observed after a myocardial infarction (MI). We tested the hypothesis that probiotics achieve their central effects through changes in the intestinal barrier. Methods: Male Sprague-Dawley rats received probiotics (1 billion live bacteria of Lactobacillus helveticus R0052 and Bifidobacterium longum R0175) or placebo every day dissolved in drinking water , beginning one week before induction of myocardial ischemia. An infarct has been induced on half of the cohort, by the occlusion left anterior coronary artery (40 minutes) followed by reperfusion. The other half was subjected to the same procedure without coronary occlusion. One week after the infarction, the animals received probiotic treatment until sacrifice after 2 weeks. The depressive behaviour was evaluated by three tests: social interaction, forced swim and foot shock. Results: The obtained results indicate that in the absence of infarction, probiotics have no significant effect. Even though they are of the same MI gravity, the rats treated with the probiotics have shown more social interaction and have a better performance in the forced swim and foot shock tests compared to the untreated MI rats (p<0,05). Conclusion: Probiotics diminish the depressive behaviour observed after a myocardial infarction by a mechanism which could implicate the integrity of the intestine barrier.

De nombreuses pathologies découlent de déséquilibres du microbiote intestinal. Ainsi, des stratégies visent à les prévenir en restaurant cet écosystème par l'apport de probiotiques, de prébiotiques et de synbiotiques. Des résultats prometteurs nécessitant d'être validés rationnellement, nous nous sommes proposés d'établir un premier crible de sélection de bactéries lactiques et de glucooligosaccharides (GOS) pour des activités anti-inflammatoires et anti-prolifératives in vitro. Les probiotiques ont inhibé des pathogènes tout en se révélant résistants aux conditions du tube digestif, tandis que deux GOS ont conduit à leur croissance sélective. De plus, les probiotiques ont réduit la réponse inflammatoire de cellules intestinales et la prolifération de cellules cancéreuses en association avec un GOS. Nous avons donc retenu des produits potentiellement actifs contre les maladies inflammatoires chroniques de l'intestin et du cancer colorectal, par un crible devant être validé in vivo. / Some pathologies are induced by intestinal microbiota disorders. Thus, some strategies aim torestore this ecosystem through probiotics, prebiotics and synbiotics. Promising results need tobe rationally validated, so we aimed to establish the screening first step of lactic acid bacteriaand glucooligosaccharides (GOS) against anti-inflammatory and anti-proliferative activity invitro. Probiotics inhibited pathogens and were resistant to digestive tract conditions whileGOS promoted specifically their growth. Moreover, probiotics reduced inflammatoryresponse of intestinal cells and proliferation of cancer cells when combined with GOS. Thus,we selected compounds potentially efficient against inflammatory bowel diseases andcolorectal cancer, through a screen that need to be validated in vivo

Initialement développés pour leur action inhibitrice sur les lymphocytes T, les immunosuppresseurs affectent aussi les cellules dendritiques (CD). Nous avons précédemment montré que l’acide mycophénolique (MPA) induisait une résistance des CD humaines à la maturation, néanmoins son mécanisme d’action sur les CD reste méconnu. Ce travail de thèse montre que le MPA inhibe l’activation de p38MAPK et que cette propriété entraîne l’inhibition de la maturation phénotypique induite par le facteur nécrotique tumoral a (TNFa), la diminution de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires et de la capacité allostimulatrice induite par le TNFa ou le lipopolysaccharide suggérant que l’inhibition de la synthèse de cytokines inflammatoires serait déterminante pour inhiber la capacité allostimulatrice. Nous rapportons également que le MPA inhibe la phosphorylation de ERK induite par le TNFa. Ainsi, l’action du MPA sur les CD s’exerce différemment selon l’environnement dans lequel se trouvent les CD. / Immunosuppressive drugs, initially developed to inhibit T cell activation, are also known now to affect dendritic cell (DC) functions. Previous works from our laboratory showed that mycophenolic acid (MPA) induced a resistance to maturation in human DC, however its mechanism of action in DC, remains elusive. In this study, we found that MPA inhibited p38MAPK phosphorylation independently. This p38MAPK inhibition resulted in a decrease phenotypic maturation upon tumor necrosis factor-a (TNF-a) stimulation and in a decrease in the pro-inflammatory cytokine secretion upon either lipopolysaccharide or TNF-a activation. MPA also decreased allostimulatory ability after both stimuli suggesting that inflammatory cytokine inhibition was predominant over co-stimulation marker reduction to inhibit the DC allostimulatory ability. We also showed that MPA only inhibited the TNFa-induced ERK phosphorylation. Thus, the microenvironnement of the DC might influence its ability to response to MPA.

Giardia duodenalis est le protozoaire responsable de la giardiose, la parasitose intestinale la plus répandue dans le monde. Cette infection se caractérise par une malabsorption intestinale, des diarrhées, une perte de poids et des douleurs abdominales intenses chez l’Homme et de nombreux mammifères. Par ailleurs, cette maladie dont l’impact en santé publique et vétérinaire est reconnu, peut entraîner d’importantes déficiences nutritionnelles en particulier chez les sujets jeunes. L’infection est causée par l’ingestion de kystes de Giardia duodenalis (syn. G. lamblia, G. intestinalis) présents dans les aliments ou l’eau contaminée. Infectieux à très faibles doses, ces kystes survivent pendant plusieurs semaines dans l’environnement et sont résistants aux différents désinfectants. Suite au dékystement, la forme végétative de Giardia, le trophozoïte, adhère à l’épithélium intestinal au niveau des parties supérieures de l’intestin grêle et se multiplie, causant les symptômes. Cette phase se termine par un nouvel enkystement et l’excrétion de kystes par les fèces. Le nombre croissant d’infections liées à la contamination de l’eau potable, à l’émergence de souches résistantes aux médicaments disponibles, à la fréquence des échecs thérapeutiques et à l’importance des effets secondaires associés aux traitements font de cette maladie un sujet d’actualité de plus en plus préoccupant qui nécessite le développement de traitements alternatifs. Il est désormais bien établi que le microbiote et/ou certaines souches de bactéries probiotiques ont un impact bénéfique dans la giardiose. En particulier, la bactérie probiotique Lactobacillus johnsonii La1 (LjLa1) a un rôle protecteur contre la croissance de Giardia in vitro et in vivo. Nous avons cherché dans ce travail de Thèse à décrypter les mécanismes moléculaires associés à l’effet inhibiteur des facteurs sécrétés par LjLa1. Nous avons montré qu’in vitro, LjLa1 agissait en libérant des enzymes de type Bile Salt Hydrolases (BSH) qui modifient alors des composants de la bile non-toxiques pour le parasite (sels biliaires conjugués) en des composants toxiques (sels biliaires déconjugués). Les 3 gènes BSH codés dans le génome de LjLa1 ont été clonés chez Escherichia coli et les protéines taguées histidine purifiées pour étudier leurs propriétés biochimiques et biologiques. Obtenues sous forme active, nous avons pu en définir les spécificités de substrats et montrer qu’elles sont capables d’inhiber significativement la croissance de G. duodenalis in vitro et in vivo, dans un modèle murin de la giardiose (souriceaux OF1 non sevrés). En parallèle, nous avons identifié, à l’issue d’un large criblage de souches de lactobacilles selon leur activité anti-Giardia in vitro, une souche probiotique aux effets inhibiteurs comparables à ceux de LjLa1 : Lactobacillus gasseri CNCM-4884. Administrée in vivo dans le modèle murin de la giardiose, cette souche a réduit de 93% la charge parasitaire dans l'intestin grêle des nouveaux nés et a également réduit de façon significative le nombre de kystes libérés dans l’environnement, permettant ainsi de réduire la transmission de Giardia. Des travaux parallèles ont été réalisés au cours de ce projet de Thèse, notamment le développement d’outils de moléculaire pour l’expression hétérologue de molécules d’intérêt en santé animale chez divers lactobacilles. Le développement de ces « vecteurs mucosaux » permettra à terme de proposer une stratégie de surexpression de BSH par les lactobacilles afin d’accroitre l’activité BSH in vivo, et renforcer ainsi l’élimination du parasite. Ces résultats permettent de proposer de nouvelles pistes thérapeutiques originales contre les giardioses humaines et animales, basées sur l’utilisation de lactobacilles probiotiques ou sur les activités BSH qui en sont dérivées. Ces traitements offrent alors une alternative sérieuse aux antibiotiques et permettront de pallier aux actuels fréquents échecs thérapeutiques. / Giardia duodenalis is a protozoan parasite responsible for giardiasis, the most common intestinal parasitic disease worldwide. This infection is characterized by intestinal malabsorption, diarrhea, weight loss and abdominal pain in humans and various mammalian species. Besides, this disease has a high veterinary and public health impact, leading to important nutritional deficiencies in young subjects. The infection is caused by the ingestion of food or water contaminated with infectious cysts of the parasite. Giardia cysts can survive for several weeks in the environment and are highly resistant to disinfectants. Giardia excysts in the intestinal tracts of its host and replicates under the trophozoite stage causing the symptoms. Trophozoites adhere to the intestinal epithelium of the small intestine and multiply, causing the symptoms. The cycle ends by a new encystment and infectious cysts are released in environments with feces. The increasing number of giardiasis cases, mainly due to water contaminations, the emergence of parasite strains resistant to drugs and therapeutic failures, make research on alternative therapeutic strategies and treatments highly needed. Nowadays, it is well known that the microbiota and probiotics play an important role in protection against this parasite. For instance, the probiotic strain Lactobacillus johnsonii La1 (LjLa1) prevents the establishment of Giardia in vitro and in vivo. In this thesis, we have tried to point out the molecular mechanism(s) involved in this inhibitory effect(s). We showed in vitro that LjLa1 was releasing "Bile Salt Hydrolases" (BSH) – like activities that modify some components of bile (conjugated bile salts) into toxic compounds (deconjugated bile salts) for Giardia. We have cloned and expressed each of the three bsh genes present in the genome of LjLa1 in Escherichia coli in order to study their enzymatic and biological properties. Two BSH were obtained as recombinant active enzymes and biochemical tests showed that they have distinct substrate specificities despite similar predicted 3D structures. Moreover, these two BSHs of LjLa1 exhibited anti-giardial effects in vitro and in vivo in a murine model of the giardiasis (OF1suckling mice), comforting the hypothesis of the biological role of active BSH, derived from probiotics, against Giardia. A wide collection of diverse lactobacilli strains was screened to assess their effectiveness to also display both anti-giardial and BSH activities. This screening allowed the identification of several strains exhibiting strong anti-giardial effects such as Lactobacillus gasseri CNCM I-4884. In a murine model of giardiasis, this strain dramatically reduced the parasite burden in the small intestine of treated animals and significantly reduced the number of cysts in the colon, which could contribute to blockage of parasite transmission in environments. Additional studies were realized in parallel in order to explore the potency of lactobacilli to exert beneficial effects on health. For this, molecular tools were successfully developed in various lactobacilli strains to express and deliver therapeutic molecules at mucosal surfaces. The development of these tools will further allow the overexpression of BSH by lactobacilli to increase their in vivo BSH-activity and strengthen the elimination of the parasite. Altogether, this thesis work proposes new original therapeutic strategies against human and animal giardiasis, based on the use of BSH-positive lactobacilli strains or recombinant BSH- derived from probiotic strains, to counteract the frequent therapeutic failures, offering a serious alternative to antibiotics.

Ce travail est basé sur l’étude expérimentale, étape par étape, du procédé de lyophilisation, afin de comprendre les impacts des différents paramètres du procédé sur la viabilité d’une souche modèle probiotique de type lactobacillus casei. Nous avons tout d’abord étudié les propriétés thermodynamiques des formulations considérées à base de lactose et de polyvinylpyrrolidone, (PVP) en commençant dans un premier temps par l’obtention du diagramme d’état du système amorphe constitué du binaire eau-PVP, puis le diagramme de fusion du ternaire eau-PVP-lactose afin d’en déduire les paramètres clefs pour l’optimisation des cycles de lyophilisation de ces suspensions bactériennes. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé par microscopie électronique à balayage (MEB) la localisation des bactéries au sein de la phase solide amorphe des lyophilisats poreux. Ensuite, les différentes formulations ont été soumises à différents protocoles de congélation (vitesse de refroidissement ; recuit) afin d’obtenir les meilleurs résultats en termes de taux de survie des bactéries. Avec la formulation sélectionnée précédemment nous nous sommes intéressés à l’influence des paramètres opératoires de sublimation (température étagère et pression totale de sublimation) conduisant aux meilleurs taux de survie des bactéries. Nous avons observé que nos cellules probiotiques, avec ces formulations, pouvaient être lyophilisées, au-dessus de la température limite de collapse, sans impacter la viabilité des cellules présentes ou insérées au sein de la phase matrice poreuse du lyophilisat final, ce dernier présentant de plus, de bonnes propriétés d’usage en termes de stabilité en vue d’une mise en forme galénique ou d’un stockage ultérieur / This work is based on the experimental study, step by step, of the freeze-drying process of a model probiotic strain of lactobacillus caseï type to understand the impact of the numerous factors (formulation; freezing protocol; operating conditions) on the survival rates of these bacteria in the final lyophilisate. Firstly, we investigated the thermo-dynamical and physical properties (vitreous transition and melting temperatures) of formulations based on lactose and polyvinylpyrrolidone (PVP) protectants and their mixture. Thus, we have determined the phase diagrams and the melting diagram of the water+PVP binary system and of the ternary water-PVP-lactose system. Next, we determined the optimal freezing protocol (freezing rates; annealing treatment) with different formulations which led to the best survival rates. Next, in a preliminary study we have characterized by SEM (scanning electron microscopy) the location of the cells inserted inside the solid amorphous phase of the porous matrix of the different lyophilisates. Secondly, with the pre-selected formulation, we experienced the influence of the main operating sublimation parameters (shelf temperature and total gas pressure), leading to highest product quality in terms of bacteria survival ratios of the final lyophilisates. We observed that these probiotics cells, with this formulation, could be freeze-dried above the limit collapse temperature without impacting significantly the viability of the freeze-dried cells and with lyophilisates of high stability attributes