京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(エネルギー科学) / 甲第22087号 / エネ博第395号 / 新制||エネ||76(附属図書館) / 京都大学大学院エネルギー科学研究科エネルギー基礎科学専攻 / (主査)教授 森井 孝, 教授 木下 正弘, 教授 片平 正人 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Energy Science / Kyoto University / DGAM

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Les milieux biologiques bruts, provenant des opérations de transformation de biomasse sont souvent caractérisés à la fois par leur caractère polluant et par un potentiel de valorisation important. Le développement de procédés adaptés au traitement de tels milieux complexes présente ainsi beaucoup d’intérêt. Les jus verts générés par la déshydratation de la luzerne (Medicago Sativa) sont caractérisés par une forte teneur en protéines. Outre leur valeur nutritionnelle importante, ces protéines ont des applications potentielles dans plusieurs domaines, notamment environnemental de part leur teneur élevée en Ribulose 1,5 Bisphosphate Carboxylase Oxydase (Rubisco), enzyme responsable de la fixation du CO2 chez les plantes. Dans ce travail la séparation sélective de la Rubisco à partir du jus de luzerne industriel centrifugé par chromatographie d’échange d’ions a été étudiée. Dans un premier temps une méthode d’analyse qualitative et quantitative a été mise au point pour la détection et la quantification de la Rubisco en solution et ainsi le suivi du procédé de séparation. Dans un deuxième temps, le procédé de séparation a été étudié en colonne, en lit fixe et en lit expansé, en utilisant le support échangeur d’anions Q Hyper Z et l’effet de la dilution du milieu sur la capacité dynamique du procédé a été analysé dans les deux cas. Les résultats obtenus ont montré que les deux modes de contact permettent d’avoir des capacités dynamiques de rétention du même ordre de grandeur que celles de la littérature. Après élution, la Rubisco a été concentrée jusqu’à 21 fois et les fractions produites étaient caractérisées par un grand degré de pureté. Par ailleurs, des études d’équilibre et cinétique d’échange ont été initiées dans ce travail et ont démontré que malgré la taille importante de la protéine d’intérêt (560 kDa) les limitations stériques à son transfert ne sont pas plus importantes que dans le cas de protéines plus simples et plus petites et que le support Q Hyper Z présente effectivement une grande affinité pour la protéine. Enfin une première approche théorique a été conduite pour la compréhension des interactions entre la protéine et l’échangeur dans ce milieu complexe. Elle a permis de confirmer l’importance de la prise en compte de la présence d’autres biomolécules dans le milieu sur la rétention de la Rubisco, peut être même plus que celle des sels / Biological raw material derived from bio-refinery processes, is often considered a source of pollution but it seems also to be a promising alternative to potential material recovery. The development of suitable processes for handling such complex biological material has so many concerns. Green juice produced from mechanical dehydration of Alfalfa (Medicago sativa) is an excellent source of protein with high nutritional quality. Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase (Rubisco) is the most abundant protein in the green juice, with potential applications in many fields, such as human nutrition, pharmaceuticals, environmental… The aim of this study is to isolate and recover Rubisco produced from an industrial alfalfa green juice, by ion exchange chromatography process. First of all, a qualitative and quantitative analytical method was developed to provide reliable information about Rubisco content monitoring in the separation process. In a second step, the separation process was performed in fixed and expanded bed, using the anion exchanger Q Hyper Z. In both cases, the effect of the dilution of the green juice on the dynamic capacity of the columns was studied. The results showed that the dynamic capacity retention was similar in both columns to those reported in literature. After elution step, Rubisco was concentrated 21 times and produced with high level of purity. Furthermore, kinetic of ion exchange study was initiated. Despite the large size of the protein (560 kDa), steric limitations to mass transfer were not very significant when compared to those of conventional small proteins. The support Q Hyper Z showed an excellent affinity for the protein recovery. Finally, a first theoretical investigation has been conducted for understanding the retention mechanism between the protein and the separation column. This study shows the importance of taking into account the presence of other bio-molecules in order to perform the retention of Rubisco, perhaps even more than that of salts

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Human practices have resulted in great damage to the environment. Carbon-depletion, water and air pollution, as well as global warming are examples of the environmental footprints caused by several industries and their related applications. Detergency (cleaning) is widely practiced operation in household, industry and institutional sectors and thus consumes significant amounts of water, energy and chemicals and, therefore, contributes appreciably to the environmental destruction. This process is still not fully understood, on a molecular level, and not acceptably optimised. Therefore, this study is a contribution toward a better fundamental understanding and optimisation of protein stain removal from interfaces, which may ultimately result in the development of environmentally friendly and sustainable cleaning products and technologies. In this research, the cleaning of rubisco, a grassy protein stain, from different surfaces (hydrophobic, hydrophilic, and dyed) using different cleaning agent formulations was investigated. These studies encompassed experimental work and fundamental analysis in terms of mathematical modelling. The results revealed a consistent correlation between enzyme adsorption kinetics and stain cleanability. Higher adsorption and desorption absolute rates ( a k and d k ) resulted in higher enzyme mobility and thus higher stain cleanability regardless of the enzyme adsorbed amount. Surface chemistry underlying the stain has indirectly influenced stain cleanability through the alteration of enzyme adsorption kinetics. Such fundamental findings may aid in screening enzyme candidates for detergent formulations and may also assist in designing easily cleanable surfaces. Another fundamental finding is the cooperative cleaning mechanism of surfactant and enzyme of rubisco stain from different interfaces. The break down of intermolecular physical bonds between interfacial rubisco molecules by surfactants and the break down of the intramolecular covalent bonds by enzyme resulted in a higher protein displacement from interfaces. The overall protein removal by the two different actions of surfactant and enzyme showed a superiority of a biosurfactant-enzyme formulation. This finding may have significant implications on developing sustainable detergents that have superior cleaning performance and no or minimal environmental hazard. Overall, the findings reported in this Ph.D. thesis may form a basis for further comprehensive scientific research, which may ultimately provide detergent market with more efficient and optimum cleaning products and technologies.

Im Grundwasser des radioaktiven Endlagers Tomsk-7, Sibirien, Russland wurde die mikrobielle Diversität mittels der 16Sr DNA-Analyse untersucht. Die Ergebnisse zeigen die Dominanz von Betaproteobakterien, Bacteroidetes und einer neuen "Cyanobacteria-ähnlichen" Gruppe. Methanogene und verschiedene Cluster von Crenarcheota bestimmen die Archaeenpopulation. Autotrophe Bakterien wurden mit der RubisCO-Methode identifiziert und damit die Dominanz der Betaproteobakterien bestätigt. Aus den Gruppen der Alphaproteo- und Aktinobakterien wurden oligotrophe Bakterien isoliert. Diese tolerieren relativ hohe Konzentrationen unterschiedlicher Schwermetalle und wechselwirken effektiv mit Uran. EXAFS-Analysen haben gezeigt, dass bei pH 4,5 die Stämme U(VI) in Form von meta-Autunite immobilisieren. Bei pH 2 wurde das Uran an organische Phosphatreste gebunden. In der Umgebung des Endlagers Tomsk-7 wurden damit Mikroorganismen gefunden, die ein hohes Potential zur Bindung und zum Transport von Radionukliden haben.

Nous avons utilisé des anticorps polyclonaux dirigés contre la protéine T du complexe de la glycine décarboxylase (GDC) pour isoler un ADNc de 1430 pb codant pour la protéine T de pois. L'analyse de la séquence nucléotidique a montré que la protéine T était synthétisée sous forme d'un précurseur comportant un peptide de transit mitochondriale de 30 aminoacides précédant la protéine T mature qui comporte 378 aminoacides. La masse déduite de la séquence primaire est de 40 961 Da et correspond exactement à la valeur mesurée au spectromètre de masse, ce qui indique que le cofacteur de la protéine T, le tétrahydrofolate n'est pas fixé de manière covalente sur la protéine. La structure primaire de la protéine T a pu également être confirmée par analyse en HPLC-ESI/MS et par microséquençage des fragments générés par protéolyse chimique de la protéine T purifiée. Des homologies de séquences avec les protéines T de foie de poulet, de boeuf et de pomme de terre, nous ont permis de localiser des régions hautement conservées comportant des résidus chargés positivement qui pourrait être impliquées dans les intéractions avec le tétrahydrofolate. L'étude de l'expression de la protéine T par Northern et Western-blot a montré que la protéine T et les messagers correspondants était principalement présents dans les tissus foliaires et subissaient une forte induction (8 à 10 fois) à la lumière. Disposant de tous les outils moléculaires nécessaires à l'étude de la biogénèse de la GDC, nous avons étudié les modalités de mise en place du complexe au cours du développement de la feuille de pois. Nous avons observé que la capacité d'oxydation des mitochondries de tissus foliaires durant les premiers stades était négligeable pour augmenter de façon dramatique lorsque la feuille était pleinement ouverte (9 jours). En effet, contrairement à la Rubisco qui est présente dans les chloroplastes dès les tout premiers stades du développement, les protéines de la GDC se mettent en place beaucoup plus tardivement au sein de la matrice mitochondriale. Ce chargement en GDC des mitochondries est tellement important qu'il se traduit par une augmentation de leur densité. L'analyse des transcrits des gènes codant pour les protéines de la GDC (P, H et T) et la petite sous unité de la Rubisco révèle qu'ils sont exprimés dès le 4ième jour de croissance, stade où les mitochondries sont incapables d'oxyder la glycine. Cela suggère l'existence d'un contrôle post-transcriptionnel de l'expression des gènes codant pour les protéines P, H et T de la GDC. Nous avons isolé le gène codant pour la protéine T qui est composé de 4 exons et dont la taille approximative est de 3 kpb. Nous avons détecté deux démarrages de transcription dont l'un présente une séquence riche en pyrimidine proche de la séquence Inr (Initiator element). L'analyse de la région promotrice du gène révèle essentiellement trois régions consensus, découvertes chez les gènes nucléaires codant pour la petite sous-unité de la Rubisco et pour la protéine liant les chlorophylles a/b : une région riche en nucléotide AT, un motif GATA en tandem et la boîte II (GGTTAA). Ces séquences semblent être impliquées dans la réponse à la lumière et dans la spécificité tissulaire. L'incubation de la région riche en nucléotides AT et de la boîte II avec un extrait nucléaire provenant de feuilles vertes a permis de caractériser certains facteurs de transcription similaires à ceux présents chez rbcS3,6 et rbcS3A. Dans la perspective de l'étude structurale de la protéine T, nous avons réussi à surexprimer chez E. coli la protéine T, seule ou en tandem avec la protéine H. La présence de nombreux codons rares dans la séquence nucléotidique, nous a amené à construire des vecteurs coexprimant l'ARNt codant pour l'arginine, de façon à permettre la traduction de la protéine dans la bactérie.