Ce mémoire décrit plusieurs travaux concernant le traitement de données et l’analyse de spectres de masse à haut débit. La spectrométrie de masse est une méthode connue de mesure chimique. Appliquée à des échantillons biologiques, la spectrométrie de masse devient alors une technique de mesure métabolomique, c’est-à-dire mesurant l’ensemble des métabolites de l’échantillon, soit les petites molécules composant le fluide biologique et qui interagissent avec le métabolisme. Le projet présenté ici est effectué en partenariat avec Héma-Québec afin de concevoir de nouveaux tests de contrôle de qualité à partir de spectrométrie de masse. L’application de la technologie de la source LDTD à la spectrométrie de masse permet d’acquérir des spectres à haut-débit. Cela représente un bénéfice au coût de l’acquisition des spectres ainsi qu’à la rapidité du processus. On peut ainsi obtenir de grandes quantités de spectres afin de construire des ensembles de données. On peut ensuite appliquer le domaine informatique de l’apprentissage automatique à ces données. On peut utiliser ce domaine afin de classifier les spectres d’échantillons de produits sanguins et fournir des garanties statistiques sur cette classification. L’utilisation d’algorithmes parcimonieux et interprétables peut aussi mener à la découverte de biomarqueurs. Les travaux présentés ici concernent la conception de deux méthodes de traitement des spectres de masse. La première méthode est la correction par masses de verrouillage virtuelles, utilisée pour corriger les biais de mesure uniformes. La seconde est une méthode d’alignement, qui est un outil de correction d’erreurs de lecture. De plus, une nouvelle méthode à noyau, soit une méthode mathématique de comparaison entre des exemples, fut mise au point spécifiquement pour le travail avec des spectres de masse. Finalement, des résultats de classification sur spectres de masse acquis par LDTD et par spectrométrie de masse avec chromatographie liquide sont présentés. / This memoir describes work concerning the treatment and analysis of high-throughput mass spectrometry. Mass spectrometry is a tried and tested method of chemical measurement in a sample. Applied to biological samples, mass spectrometry becomes a metabolomic measurement technique, meaning that it measures the metabolites contained in a sample, which are small molecules present in the biological fluid that interact with the individual’s metabolism. The project that is presented here is a partnership with Hema-Québec in order to conceive new quality control tests from mass spectrometry measurements. The application of the LDTD ionisation source in mass spectrometry makes the acquisition of spectra in high-throughput possible. This represents a large benefit in terms of experimental costs and in time. Large datasets of mass spectra can then be obtained in a short period of time. The computer science domain of machine learning can then be applied to this data. Statistical machine learning can then be used to classify the spectra of blood product samples and provide statistical guarantees on this classification. The use of sparse and interpretable machine learning algorithms can also lead to the discovery of biomarkers. The work presented in this memoir concerns the design of two methods of treatment of mass spectra. The first of these methods is the correction by virtual lock masses, used to correct any uniform shift in the masses in a spectra. The second is a new method of peak alignment used to correct slight measuring errors. In addition, a new kernel method, a method to mathematically compare examples, was designed specifically for application on mass spectra data. Finally, results of classification on mass spectra acquired with an LDTD ionisation source and by liquid chromatography mass spectrometry will be presented.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2023 / Le sang d'abattoir est un sous-produit de valeur pour l'industrie de la viande, car de nombreux composés bioactifs peuvent en être dérivés. Sa fraction solide (cruor) se compose principalement d'hémoglobine (Hb), duquel une bonne source de peptides antimicrobiens et antioxydants qui peuvent être libérés par hydrolyse pepsique. Cette approche présente un grand potentiel pour l'industrie de la viande en raison du marché croissant des ingrédients bioactifs naturels et de leur utilisation potentielle pour la biopréservation des aliments. En effet, cette approche a été largement étudiée sur l'hémoglobine bovine (Hb-B), suivant un concept d'économie circulaire dans lequel les peptides bioactifs sont réutilisés pour conserver les produits carnés. Néanmoins, cette alternative de valorisation fait face à quelques défis tels que l'exploration d'autres sources importantes d'hémoglobine comme l'hémoglobine porcine (Hb-P), l'optimisation du processus d'hydrolyse, et la validation de ses propriétés bioactives afin d'obtenir une application à plus fort impact sur la durabilité de l'industrie de la viande. Dans ce contexte, il est nécessaire d'explorer à la fois de nouvelles sources d'hémoglobine et de nouvelles alternatives technologiques pour sa valorisation et son application de manière plus éco-efficiente. Ainsi, l'objectif principal de ce projet de recherche était d'évaluer la faisabilité de l'obtention de peptides antimicrobiens et antioxydants pour la biopréservation alimentaire à partir d'Hb-P par hydrolyse pepsique et traitements par champs électriques pulsés (CÉP), qui a été divisée en trois étapes principales. La première étape visait à établir les meilleures conditions pour l'hydrolyse pepsique de l'Hb-P et établir les similitudes avec la principale source de peptides antimicrobiens identifiés à ce jour (Hb-B). Par conséquent, au cours de cette étape a évalué l'influence du pH (pH 2, 3, 4 et 5) a été évaluée sur l'activité antimicrobienne et la population de peptides des hydrolysats pepsiques dérivés de Hb-P en comparaison avec Hb-B. Des similarités dans la population peptidique entre les hydrolysats d'Hb-B et d'Hb-P ont été observées, principalement lors de l'hydrolyse enzymatique à pH 2 et 3. Les hydrolysats bovins et porcins produits à pH 2 et 3 ont montré une activité antibactérienne contre *Listeria ivanovii* (CMI = 0,62 - 1,25 mg/mL) et une activité anti-levure contre *Rhodotorula mucilaginosa* (CMI = 0,31 - 1,25 mg/mL). À l'inverse, seule une activité antifongique contre *Mucor racemosus* dans l'hydrolysat de porc à pH 3 a été observée (CMI = 1,25 mg/mL). Cette étude a confirmé les similitudes de l'Hb-B et de l'Hb-P en termes de profils peptidiques et d'activité antimicrobienne, ce qui indique que l'Hb-P est également une source appropriée de peptides antimicrobiens ayant des activités antibactériennes, antifongiques et anti-levures. Après avoir étudié les possibilités d'améliorer les conditions de l'hydrolyse pepsique conventionnelle de l'Hb-P, l'utilisation de technologies non conventionnelles pour améliorer le processus enzymatique a aussi été explorée. Une deuxième étude a été menée pour évaluer l'impact des CÉP sur l'inactivation de la pepsine dans les hydrolysats d'Hb-P et d'Hb-B, caractériser les populations de peptides après l'inactivation de la pepsine par les CÉP, et évaluer les effets du traitement CÉP et du pH final (3, 7 et 10) sur les activités antimicrobiennes et antioxydantes des hydrolysats finaux. Dans ce cas, l'Hb-B et l'Hb-P ont été hydrolysées par la pepsine dans les conditions optimales établies précédemment (37 °C à pH 3,0 pendant 3 h) et traitées par CÉP (73 impulsions, 23,8 kV/cm, 90 Hz) pour inactiver l'enzyme. Le degré d'hydrolyse (DH) qui a été évalué, n'a montré aucun changement significatif après l'inactivation de la pepsine par les CÉP, alors que l'analyse de la population peptidique par RP-UPLC-MS/MS a mis en évidence quelques changements dans les hydrolysats traités par les CÉP au fil du temps, suggérant une activité résiduelle de la pepsine. Les traitements par CÉP n'ont pas montré d'impact significatif sur les activités antimicrobiennes (antibactériennes, antifongiques et anti-levures). Cependant, un pH final plus élevé (pH 10) a favorisé une plus forte activité anti-levure (*R. mucilaginosa*), tandis qu'un pH de 7 a favorisé l'activité antifongique (*M. racemosus*). Malgré certains changements observés dans la population de peptides, aucun effet positif ou négatif des CÉP n'a été constaté sur les activités antimicrobiennes et antioxydantes. Après l'évaluation des alternatives pour améliorer l'hydrolyse enzymatique de l'Hb-P, une troisième étape a été réalisée pour explorer les possibilités d'application des hydrolysats d'Hb-P dans le contrôle des microorganismes alimentaires indésirables tels que les organismes pathogènes d'origine alimentaire. Cette étape consistait à évaluer et à comparer la faisabilité d'utiliser des hydrolysats peptidiques dérivés de Hb-P et de cruor porcin (P-Cru) comme stratégie de biocontrôle de *Listeria monocytogenes* dans les produits carnés. À cette fin, des hydrolysats peptidiques ont été préparés à partir de Hb-P et de P-Cru à différentes conditions de température d'hydrolyse et de rapport enzyme/substrat (E/S). Ensuite, l'activité antimicrobienne (*in vitro* et *in situ*) des hydrolysats a été évaluée sur trois sérotypes différents de *L. monocytogenes*. Il a été établi que la réduction de la température et du rapport E/S de l'hydrolyse du P-Cru a affecté le rendement enzymatique, entraînant deux unités de pourcentage de moins de DH par rapport à l'hydrolysat d'Hb-P, ainsi que quelques différences dans la population de peptides. Cependant, l'activité antimicrobienne (*in situ*) n'a pas été affectée de manière significative, diminuant le nombre viable de *L. monocytogenes* de ~1-log et retardant sa croissance pendant 21 jours à 4 °C. Cette étude a prouvé, pour la première fois, la faisabilité de la production d'un agent de biopréservation pour le contrôle de *L. monocytogenes* dans un produit carné prêts-à-manger (PAM) à partir de cruor de porc comme une alternative pour la valorisation du sang d'abattoir dans une approche d'économie circulaire. En résumé, ce projet de recherche a confirmé que, comme l'Hb-B, l'Hb-P est une source appropriée pour la production de peptides antimicrobiens et antioxydants par hydrolyse pepsique. De plus, la faisabilité technologique de l'utilisation des traitements de CÉP pour arrêter l'hydrolyse enzymatique pendant la production de peptides bioactifs dérivés de l'hémoglobine a été validée. Enfin, l'utilisation potentielle des hydrolysats de Hb-P pure et de P-Cru pour la biopréservation des produits carnés PAM contre *L. monocytogenes* a été démontrée. / Slaughterhouse blood is a valuable by-product of the meat industry since multiple bioactive compounds can be derived from it. Its solid fraction (cruor) consists mainly of hemoglobin (Hb), a good source of antimicrobial and antioxidant peptides that can be released by peptic hydrolysis. This approach has great potential for the meat industry due to the growing market for natural bioactive ingredients and their potential use in food biopreservation. Indeed, this approach has been extensively studied on bovine hemoglobin (Hb-B), following a circular economy concept in which bioactive peptides are reused to preserve meat products. Nevertheless, this valorization alternative faces some challenges such as the exploration of other important sources of hemoglobin such as porcine hemoglobin (Hb-P), optimization of the hydrolysis process, and validation of its bioactive properties in order to achieve a higher impact application for the sustainability of the meat industry. In this context, it is necessary to explore both new sources of hemoglobin and new technological alternatives for its valorization and application in a more eco-efficient way. Thus, the main objective of this research project was to evaluate the feasibility of obtaining antimicrobial and antioxidant peptides for food biopreservation from Hb-P through peptic hydrolysis and pulsed electric fields (PEF) treatments, which was divided into three main stages. The first stage aimed at establishing the best conditions for peptic hydrolysis of Hb-P and establish the similarities with the main source of antimicrobial peptides identified to date (Hb-B). Therefore, this stage evaluated the influence of pH (pH 2, 3, 4, and 5) on the antimicrobial activity and the peptide population of peptic hydrolysates derived from Hb-P and compared in parallel with Hb-B. Similarities in the peptide population between Hb-B and Hb-P hydrolysates were observed, mainly in the enzymatic hydrolysis at pH 2 and 3. Both bovine and porcine hydrolysates produced at pH 2 and 3 showed antibacterial activity against *Listeria ivanovii* (MIC = 0.62 - 1.25 mg/mL) and anti-yeast activity against *Rhodotorula mucilaginosa* (MIC = 0.31 - 1.25 mg/mL). Conversely, only antifungal activity against *Mucor racemosus* in the porcine hydrolysate at pH 3 was observed (MIC = 1.25 mg/mL). This study confirmed the similarities of Hb-B and Hb-P in terms of peptide profiles and antimicrobial activity, which indicates Hb-P is also a suitable source of antimicrobial peptides with antibacterial, antifungal, and anti-yeast activities. Having studied the opportunities to improve the conditions of conventional peptic hydrolysis of Hb-P, the use of non-conventional technologies to improve the enzymatic process was also explored. A second study was conducted to evaluate the impact of PEF on pepsin inactivation in hydrolysates of Hb-P and Hb-B, characterize the peptide populations after pepsin inactivation by PEF treatment, and assess the effects of PEF treatment and final pH (3, 7, and 10) on the antimicrobial activities of the final hydrolysates. In this case, Hb-B and Hb-P were hydrolyzed with pepsin under the optimal conditions previously established (37 °C at pH 3.0 for 3 h) and treated with PEF (73 pulses, 23.8 kV/cm, 90 Hz) to inactivate the enzyme. The degree of hydrolysis (DH) was also evaluated, which did not show significant changes after PEF-inactivation of pepsin, whereas the peptide population analysis by RP-UPLC-MS/MS showed some changes in PEF-treated hydrolysates over time, suggesting a residual pepsin activity. PEF treatments did not show any significant impact on antimicrobial (antibacterial, antifungal, and anti-yeast activities). However, higher final pH (pH 10) fostered stronger anti-yeast activity (*R. mucilaginosa*), whereas pH 7 fostered antifungal activity (*M. racemosus*). Even though some changes were observed in the peptide population, no positive or negative effects of PEF were found for the antimicrobial and antioxidant activities. Upon evaluation of the alternatives for improving the enzymatic hydrolysis of Hb-P, a third stage was carried out to explore the opportunities for the application of Hb-P hydrolysates in the control of undesirable food microorganisms such as food-borne pathogens. This stage consisted of evaluating and comparing the feasibility of using peptic hydrolysates derived from Hb-P and porcine Cruor (P-Cru) as a strategy for biocontrol of *Listeria monocytogenes* in meat products. For this purpose, peptic hydrolysates were prepared from Hb-P and P-Cru at different conditions of hydrolysis temperature and enzyme/substrate (E/S) ratio. Then, the antimicrobial activity (*in vitro* and *in situ*) of hydrolysates was compared against three different serotypes of *L. monocytogenes*. As a result, it was established that the reduction of temperature and E/S ratio of P-Cru hydrolysis affected the enzymatic performance, resulting in two percentage units less DH compared to Hb-P hydrolysate, as well as some differences in peptide population. However, the antimicrobial activity (*in situ*) was not significantly affected, decreasing the viable count of *L. monocytogenes* by ~1-log and retarding its growth for 21 days at 4 °C. This study proved, for the first time, the feasibility of producing a biopreservative for the control of *L. monocytogenes* in a ready-to-eat (RTE) meat product from porcine cruor as an alternative for the valorization of slaughterhouse blood under a circular economy approach. To summarize, this research project has confirmed that, similar to Hb-B, Hb-P is a suitable source to produce antimicrobial and antioxidant peptides through peptic hydrolysis. Also, the technological feasibility of using PEF treatments to stop enzymatic hydrolysis during the production of hemoglobin-derived bioactive peptides has been validated. Furthermore, the potential use of both pure Hb-P and P-Cru hydrolysates as biopreservation of RTE meat products against L. monocytogenes has been demonstrated.

La médecine transfusionnelle féline a connu une croissance exponentielle au cours des dix dernières années. La découverte du système de groupes sanguins AB et la meilleure compréhension des mécanismes d’incompatibilité donneur-receveur, ainsi que le développement de systèmes de collecte adaptés au chat et de techniques de typage sanguin au chevet du patient ont permis d’améliorer la sécurité des transfusions. Notre travail s’est intégré dans cette volonté d’optimiser la sécurité des transfusions sanguines chez le chat en se concentrant sur deux aspects différents : le prélèvement de sang et les antigènes érythrocytaires à l’origine d’incompatibilités donneur-receveur non expliquées par le système AB. Dans un premier temps, un système de collecte de sang adapté au chat a été fabriqué afin de permettre un prélèvement fermé et autoriser le stockage des produits sanguins. Ce système a été comparé à un système ouvert composé de seringues. Le système fermé apparaît adapté au prélèvement de sang car aucune différence significative n’a été enregistrée dans les paramètres vitaux des donneurs après le prélèvement, le succès du prélèvement, ou la qualité du produit sanguin en termes de contamination bactérienne et d’hémolyse, entre les deux systèmes. Le net avantage du système fermé est qu’il assure un temps de prélèvement plus rapide que le système ouvert. Dans un second temps, en réalisant des tests de compatibilité chez 258 chats de type A, nous avons montré que la probabilité de détecter des incompatibilités entre deux chats de groupe A sélectionnés aléatoirement était de 3.9 %, et que 7 % des chats de groupe A présentaient des allo-anticorps naturels extérieurs au système AB. Sept des 18 allo-anticorps naturels détectés ont été utilisés comme réactifs lors d’un typage sanguin extensif. Les analyses sur l’accord des résultats du typage obtenus avec les différents réactifs ont permis d’identifier cinq nouveaux antigènes érythrocytaires félins différents, nommés FEA 1 à FEA 5 (pour feline erythrocyte antigen), dont l’hérédité, la prévalence, la distribution géographique et par race, ainsi que l’immunogénicité restent encore à déterminer. / Feline transfusion medicine has grown exponentially over the past decade. The discovery of the AB blood group system and the better understanding of the mechanisms of donor-receiver incompatibility, as well as the development of cat-friendly collection systems and bedside blood typing techniques have improved transfusion safety. Our work has been part of this effort to optimize the safety of blood transfusions in cats by focusing on two different aspects: blood collection and red blood cell antigens that cause donor-recipient incompatibilities unexplained by the AB system. First, a blood collection system adapted to the cat was manufactured to allow collection in a closed-system and storage of blood products. This system was compared to an open system consisting of syringes. The closed system appeared well-adapted for feline blood collection because no significant difference was found in the vital parameters of the donors after collection, the success of the collection, or the quality of the blood product in terms of bacterial contamination and hemolysis. The distinct advantage of the closed system was that it provided a shorter duration of collection than the open system. Secondly, based on the systematic crossmatches of 258 cats, we showed that the probability of detecting incompatibilities by randomly crossmatching two type A cats was 3.9 %, which resulted in at least 7 % of type A cats having naturally occurring alloantibodies outside the AB blood group system. Seven of the 18 detected naturally occurring alloantibodies were used as reagents in an extensive blood typing. Comparison of the results obtained from this extensive blood typing supports the existence of five, presumably different, new feline erythrocyte antigens, named FEA 1 to FEA 5, whose mode of inheritance, geographical and breed distribution, frequency and immunogenicity have yet to be determined.