Des approches différentes mais complémentaires de bioinformatique et de biochimie ont été utilisées lors de cette étude dans le but d’identifier, d’étudier et de caractériser de nouveaux peptides antimicrobiens d’origine végétale. Dans un premier temps, et compte tenu de la grande diversité des peptides antimicrobiens mis au jour jusqu’à présent, nous nous somme fixé comme premier objectif de développer une plateforme informatique complète comprenant un logiciel, Scientific DataBase Maker (SciDBMaker) et une base de données baptisée PhytAMP. Cette plateforme permet l'extraction, l’analyse et le triage de données sur les protéines à partir de la base de données Swiss-Prot. Elle permet également de rassembler des informations taxonomiques, microbiologiques et physico-chimiques importantes sur les peptides antimicrobiens des plantes. Ainsi la constitution de cette plateforme ouvre de nouvelles perspectives informatives, en particulier celles relatives à la prédiction des relations structure / fonction en relation avec les organismes cibles et donc leur mode d’action. Dans un deuxième temps, une approche expérimentale a été utilisée afin d’évaluer le potentiel antimicrobien de quelques plantes spontanées issues des régions arides de la Tunisie. Ainsi, l’activité antimicrobienne d’Oudneya africana R. Br. (Brassicaceae), de Juniperus phoenicea L. (Cupressaceae) et de Pistacia atlantica Desf. (Anacardiaceae), trois espèces de plantes spontanées utilisées à des fins médicinales dans les zones arides de la Tunisie, de même que leurs propriétés physico-chimiques ont été évaluées. Les résultats obtenus ont montré la présence d’une activité antimicrobienne dans les trois plantes étudiées. Cette étude comparative a établi clairement le potentiel des plantes médicinales spontanées des régions arides de la Tunisie comme source d’agents antimicrobiens. Une étude poussée réalisée sur un extrait actif de l’une des trois plantes, Oudneya africana, a montré la présence de molécule peptidique de faible masse moléculaire ayant un très large spectre d’action antimicrobien. L’étude de cet extrait a été effectuée et a permis de mettre en évidence le potentiel d’exploitation aussi bien dans le secteur agroalimentaire que pharmaceutique de ces molécules bioactives naturelles. Notre travail constitue une contribution importante à l’étude des peptides antimicrobiens d’origine végétale. Des informations scientifiques très originales ont été générées tout au long de notre étude. Les connaissances fondamentales et appliquées générées ouvrent des perspectives multiples pour une exploration plus poussée de ce champ d’activité encore très peu exploité. / Different approaches but complementary in bioinformatics and biochemistry have been used during this study to identify, investigate and characterize new plant antimicrobial peptides. At first, and given the wide diversity of antimicrobial peptides uncovered so far, we have set the first goal to develop a platform that includes software, Scientific DataBase Maker (SciDBMaker) and a database PhytAMP. This platform allows the extraction, analysis and sorting of data on proteins from the Swiss-Prot database. It can also gather taxonomic, microbiological and physicochemical information on plant antimicrobial peptides. Thus the development of this platform opens up new informative prospects, particularly those relating to the prediction of structure / function in relation to the target organisms and thus their mode of action. In a second time, an experimental approach was used to evaluate the antimicrobial potential of some spontaneous plants from arid regions of Tunisia. Thus, the antimicrobial activity of Oudneya africana R. Br (Brassicaceae), Juniperus phoenicea L. (Cupressaceae) and Pistacia atlantica Desf. (Anacardiaceae), three spontaneous plant species used for medicinal purposes in the arid areas of Tunisia, as well as their physicochemical properties have been evaluated. The results showed the presence of antimicrobial activity in the three studied plants. This study has clearly established the potential of medicinal plants growing wild in arid regions of Tunisia as a source of antimicrobial agents. A study conducted on an active extract of one of three plants, Oudneya africana, showed the presence of peptide molecule of low molecular weight with a very broad spectrum antimicrobial action. The study of the extract was performed and revealed the potential of such bioactive natural molecules for exploitation in both the food and pharmaceutical industries. Our work is an important contribution to the study of plant antimicrobial peptides. Very original scientific informations have been generated throughout our study. The generated fundamental and applied knowledge open multiple perspectives for further exploration of this field of activity which still untapped.

Les buts de notre projet étaient d'étudier les effets de certains polyphenols de plantes sur la croissance, la survie, la formation du biofilm et la transition blastospore-hyphe de C. albicans, une levure responsable des candidoses humaines. Ce projet a permis de démontrer que deux polyphenols naturels de la réglisse, la licochalcone A et la glabridine, ainsi qu'un polyphenol synthétisé en laboratoire, le 4-hydroxycordoin, ont des propriétés intéressantes contre certains facteurs de virulence de C. albicans. La licochalcone A et la glabridine ont montré un effet fongicide et une action synergique avec le nystatin. La licochalcone A et le 4-hydroxycordoin ont démontré une capacité d'inhiber la formation du biofilm, alors que les trois polyphenols ont montré un effet inhibiteur sur la transition blastospore-hyphe de C. albicans. Ces molécules possèdent donc un potentiel pour le traitement ou la prévention d'infections fongiques buccales à C. albicans.

Les bicycles peptidiques possèdent des propriétés structurales et pharmacologiques très attrayantes pour le développement de composés bioactifs et sont d’excellents candidats pour la création de chimiothèques visant la découverte d’agents thérapeutiques. Ce type de structure se retrouve dans de nombreux produits naturels démontrant des activités biologiques très variées. Malgré leur grand potentiel, peu d’approches synthétiques efficaces et donnant accès à une grande diversité moléculaire ont été décrites jusqu’à maintenant dans la littérature. Ce mémoire décrit le développement d’une nouvelle approche synthétique sur support solide utilisant la réaction multicomposante de Ugi-Smiles pour préparer des bicycles peptidiques inspirés du Bouvardin et de ses analogues, une famille de produits naturels des plantes Rubiaceae avec des activités anticancéreuses et antimicrobiennes. L’approche présentée donne accès à des systèmes bicycliques complexes et permet l'introduction d’une grande diversité moléculaire. Dans un premier temps, la réaction de Ugi-Smiles a été utilisée pour simultanément ancrer et coupler les deux premiers acides aminés à une résine par leur chaîne latérale. Une étude sur les réactifs et les paramètres a permis d’effectuer les ajustements fonctionnels et structurels sur les composantes qui étaient nécessaires pour une réaction de Ugi-Smiles permettant le clivage de la résine en milieu acide. Par la suite, une première macrocyclisation tête-à-queue suivi de l’élongation du peptide devait permettre une seconde macrocyclisation pour générer un bicycle peptidique pouvant être clivé de la résine. Or,il a été observé que la première cyclisation ne se déroule pas comme prévu et que le système bicyclique désiré n’a pas été obtenu. Une étude a permis d’identifier les éléments problématiques de l’approche et des ajustements sont proposés pour éviter les difficultés de la première macrocyclisation. Malgré tout, des avancements importants ont pu être effectués dans ce projet et l’application des correctifs proposés dans ce mémoire permettra de générer les bicycliques peptidiques ciblés. / Peptide bicycles display very attractive structural and pharmtacological properties for the development of bioactive compounds and are excellent candidates for the creation of chemical libraries for the discovery of therapeutic agents. This type of structure is found in a great number of natural products with a wide variety of biological activities. Despite their great potential, very few effective synthetic approaches giving access to a large molecular diversity have been described in the literature. This document describes the development of a new synthetic approach on solid support using a Ugi-Smiles multicomponent reaction to prepare peptide bicycles inspired by Bouvardin and its analogs, a family of natural products from Rubiaceae plants with antitumoral and antimicrobial activities. The described approach gives access to complex bicyclic systems and allows the introduction of a large molecular diversity. In a first step, the Ugi-Smiles reaction is used to simultaneously anchor and link the first two amino acids to a resin by their side chain. A study on the reagents and reaction parameters made it possible to carry out functional and structural adjustments on the components allowing the Ugi-Smiles reaction and the cleavage from the resin in an acid medium. Subsequently, a first head-to-tail macrocyclization followed by the elongation of the peptide was supposed to allow a second macrocyclization to generate a peptide bicycle, which can be cleaved from the resin. However, the first cyclization did not go as planned and the desired bicyclic system has not been obtained. A study has identified the problematic elements of the approach and adjustments are proposed to avoid the difficulties of the first macrocyclization. Despite this failure, significant progress has been made in this project and application of the corrections proposed in this document will surely allow the successful synthesis of the targeted bicyclic peptides.

Les progrès rapides en microbiologie alimentaire et en recherche d'antimicrobiens ont contribué à façonner le paradigme de l'industrie alimentaire depuis plus d'un siècle. Cependant, face à l'évolution des préférences alimentaires des consommateurs pour des produits naturels et au renforcement des lois sur la salubrité des aliments, la conservation des aliments continue d'être un défi de taille et l'exploration d'antimicrobiens naturels pour la conservation des aliments est plus que jamais au cœur des préoccupations. L'identification de composés antimicrobiens d'origine végétale (PDACs) vise à élargir le spectre de l'activité antimicrobienne par rapport à celui des agents de conservation existants. Malgré un grand nombre d'études sur l'activité antimicrobienne des sous-produits d'origine végétale et leur potentiel en tant que substituants potentiels aux antimicrobiens alimentaires chimiques, des obstacles conceptuels clés restent à surmonter. Par exemple, les études actuelles portent principalement sur le mécanisme d'administration des composés bioactifs et par conséquent, demeure une preuve de concept plutôt que d'être accepté par l'industrie alimentaire dans son ensemble. De plus, l'activité antimicrobienne de la plupart des composés antimicrobiens d'origine végétale est faible et souvent très variable selon le microsystème alimentaire. Le problème de variabilité de l'efficacité des antimicrobiens naturels d'origine végétale entre les études in vitro et in vivo restent un sujet de discussion. Les processus et les techniques désignés pour améliorer l'activité antimicrobienne des antimicrobiens naturels sont spécifiques et, au mieux, applicables aux produits de niche. En outre, les approches assistées par microorganismes, bien que prometteuses, sont pour la plupart des approches top-down, dont l'applicabilité et la modularité du printest la relation structure-activité. Il est plausible que l'amélioration de la puissance des antimicrobiens d'origine végétale puisse augmenter leur activité et les rendre comparables aux antimicrobiens synthétiques existants utilisés dans l'industrie alimentaire. L'objectif global de cette thèse était d'améliorer le pouvoir antimicrobien d'extraits de plantes grâce à un processus biochimique durable tel que la fermentation. Les objectifs spécifiques comprenaient la sélection de bactéries lactiques adaptées grâce à l'évolution adaptative en laboratoire (ALE) et la comparaison de leurs paramètres de croissance et indicateurs métaboliques à ceux de bactéries lactiques non adaptées. Ensuite, l'activité antimicrobienne des extraits aqueux de plantes a été quantifiée et comparée à des extraits de plantes fermentés avec des bactéries lactiques non adaptées et adaptées. Enfin, une analyse UPLC-QTOF-ESI-MS d'extraits de plantes fermentées a été effectuée pour identifier les composés antimicrobiens potentiels. Dans la première partie de cette étude, un milieu YED constitué de 0,9 % p/v d'extrait de levure et 0,5 % p/v de dextrose a été développé pour remplacer le milieu De Man, Rogosa and Sharpe (MRS). Le milieu YED additionné d'un extrait aqueux de plante (peau de grenade, POM ou extrait d'olive, OL), a été utilisé pour adapter L. plantarum et L. reuteri afin de permettre une survie et un développement des bactéries malgré des teneurs inhibitrices en composés phytochimiques. Les bactéries L. plantarum et L. reuteri adaptées ont montré, comparativement à leurs homologues non adaptées, un potentiel métabolique et une vitalité améliorée. Les bactéries lactiques adaptées ont réduit le pH du milieu plus significativement et accumulé relativement plus d'acides dans le milieu (acidité titrable, g.L⁻¹ d'acide lactique) que les bactéries non adaptées. Pour finir, les bactéries lactiques non adaptées ont performé également mieux que les bactéries non adaptées sur tous les indicateurs (constante de vitesse de croissance (μ, h⁻¹), constante d'interaction (K), taux de croissance dans le milieu (n) et population microbienne totale) de cette étude. Suite à l'adaptation réussie, l'effet de l'ALE sur le métabolisme de L. plantarum et L. reuteri a été évalué. Le changement de 'fitness' du microorganisme affecte l'énergie et le stress métabolique. ALE a permis la sélection de souches relativement plus résistantes aux composés phytochimiques présents dans le milieu de croissance. Le métabolisme des bactéries lactiques adaptées était significativement différent de celui des bactéries lactiques non adaptées. Les bactéries lactiques adaptées ont accumulé des concentrations significativement plus élevées en acides aminés à chaîne basique et ramifiée que les bactéries lactiques non adaptées. Une tendance similaire a été observée pour les acides lactique et pyruvique. Plus de malate et de citrate ont été consommés par les bactéries lactiques adaptées, suggérant un changement considérable du métabolisme énergétique sous stress. Les extraits végétaux fermentés avec les bactéries lactiques adaptées avaient significativement plus de proanthocyanidin monomériques et oligomériques et une teneur en polyphénols plus élevée. La consommation plus élevée en glucides par les bactéries lactiques adaptées suggère également que l'adaptation peut avoir un rôle à jouer dans la survie et le métabolisme énergétique sous la contrainte. Enfin, les bactéries lactiques adaptées étaient plus résistantes au chloramphénicol, à la tétracycline et à l'érythromycine que les bactéries lactiques non adaptées. Globalement, les bactéries lactiques adaptées pourraient être différenciées des bactéries lactiques non adaptées par leur activité métabolique (acides aminés libres et acides organiques), leur catabolisme (degré de polymérisation et polyphénols totaux) et leur réponse phénotypique (métabolisme des sucres et sensibilité aux antibiotiques), faisant allusion à la possibilité d'une mémoire de réponse au stress hystérétique. Pour le troisième objectif, quinze extraits de plantes ont été fermentés avec les bactéries lactiques adaptées et leur activité antimicrobienne comparée aux extraits non fermentés (contrôle) et fermentés avec les bactéries lactiques non adaptées. Les paramètres critiques de fermentation tels que le type d'extrait de plante, la souche de fermentation (bactéries lactiques adaptées, bactéries lactiques non adaptées, non fermenté (contrôle)), la durée de fermentation (24, 48 et 96 heures) et la souche d'essai ont été étudiés. L'activité antimicrobienne d'extraits fermentés avec des bactéries lactiques adaptées a également été comparée à celle des extraits non fermentés modifiés avec du surnageant sans cellules (CFS) de bactéries lactiques adaptées cultivées en milieu YED. L'activité bactéricide des extraits fermentés a été analysée avec une version modifiée du test time-kill contre E. coli ATCC 25922 et B. subtilis ATCC 6633. Le choix de souche de fermentation suivi du type d'extraits de plantes a eu l'effet le plus significatif sur la valeur de destruction (réduction logarithmique de la population des souches d'essai). Les résultats pour 24 heures d'exposition contre E. coli et B. subtilis ont montré que les extraits de résidus de cassis, de jus de noni et de yerba mate ont été les plus bénéfiques avec une fermentation avec des bactéries lactiques adaptées. Pour 12 et 6 heures d'exposition à 10 mg/ml les extraits fermentés avec des bactéries lactiques adaptées ont été significativement plus efficaces que les extraits de plantes non fermentés et fermentés avec des bactéries lactiques non adaptées. Il était à noter que, contrairement à la plupart des PDACs, les extraits fermentés avec des bactéries lactiques adaptées étaient tout aussi efficaces contre les deux souches à l'essai à de faibles concentrations suggérant une potentielle activité à large spectre. L'amélioration significative de l'activité des extraits de plantes fermentés par des bactéries lactiques adaptées contre les souches E. coli et B. subtilis a justifié d'autres tests antimicrobiens. Ainsi pour le quatrième objectif, l'effet de la fermentation (témoin non fermenté vs non adaptées (L. plantarum et L. reuteri)), de la souche de fermentation (non adaptée vs adaptée (OL-AD et POM-AD) et de la durée d'exposition (24 h et 12 h) a été évalué. Les extraits de noni et de yerba mate fermentés avec les bactéries lactiques adaptées ont présenté l'augmentation la plus significative de l'activité bactéricide. Les extraits de plantes fermentés ont montré une activité antimicrobienne significativement meilleure (p <0,05) que les témoins non fermentés pour une durée d'exposition de 24 h. Pour la durée d'exposition réduite (12 h), les extraits fermentés avec des bactéries lactiques adaptées ont affiché des valeurs de mortalité considérablement plus élevées (réduction logarithmique de la population de la souche d'essai) que les extraits fermentés avec les bactéries lactiques non adaptées. Les classes Gram-positif et Gram-négatif étaient également sensibles et une augmentation de la sensibilité des souches Gram-négatif aux extraits fermentés par des bactéries lactiques adaptées a été observée. La teneur en proanthocyanidin des extraits n'a pas changé de façon significative après fermentation, bien que les concentrations en flavon-3-ols monomériques et les proportions de dimères et trimères (de la fraction flavon-3-ols oligomériques) étaient plus élevées pour la plupart des extraits fermentés par les bactéries lactiques adaptées. La concentration en polyphénols totaux pour les extraits fermentés était également plus élevée après fermentation. Suite à l'amélioration réussie de l'activité des PDACs, une caractérisation préliminaire de huit extraits de plantes par UPLC - ESI - QTOF - MS a été effectuée pour détecter et identifier d'éventuels composés antimicrobiens. Les traitements des chromatogrammes et l'identification des composés se sont faites avec le logiciel MZmine, les résultats ont été exprimés par rapport au témoin non fermenté en mettant l'accent sur l'impact de la fermentation (fermenté vs non fermenté) et de l'inoculation (adaptée vs non adaptée). Plusieurs composés ont été identifiés et détectés (coumaric acid, 5-O-galloylquinic acid, gallic acid, ellagic acid, 6-geranylnaringenin, lactucin, R-catechol, pinosylvin, rutin, cinnamtannin-A2, 4-hydroxybenzaldehyd), suggérant un impact perceptible de la fermentation et de l'adaptation. Les composés antibactériens étaient présents en forte abondance dans les extraits fermentés avec des bactéries lactiques adaptées (par rapport au témoin non fermenté). Enfin, de nombreux composés ont été détectés mais n'ont pas été identifiés et il est possible que certains de ces composés aient une activité antimicrobienne. L'activité antimicrobienne est limitée par la composition biochimique inhérente des composés et leur interaction avec l'environnement immédiat. L'activité antimicrobienne globale peut être due à une activité individuelle, une synergie ou un antagonisme avec d'autres composés. Les travaux présentés ici fournissent une approche combinant le potentiel de la fermentation en tant que processus de biotransformation et l'évolution adaptative en laboratoire pour améliorer la puissance des composés antimicrobiens d'origine végétale.

Au sein de notre organisme, l'équilibre entre les systèmes oxydants et antioxydants est étroitement contrôlé pour le maintien des fonctions biologiques vitales. Le stress oxydatif, défini comme un déséquilibre de la balance oxydative en faveur de l’oxydation, conduit à l’apparition de dégâts cellulaires associés au développement et à l’aggravation de très nombreuses pathologies ainsi qu’au vieillissement, notamment cutané. De nombreuses études visent à montrer les bénéfices d’une supplémentation en antioxydants dans la prévention des dommages liés au stress oxydatif. Dans ce sens, nos travaux ont porté sur l’identification de nouvelles sources naturelles d’antioxydants, valorisables comme ingrédients actifs dans des formulations nutraceutiques. Pour cela, nous avons sélectionné et extrait trente matières premières végétales et étudié les propriétés antioxydantes des extraits végétaux obtenus. Quatre extraits prometteurs ont été sélectionnés et caractérisés chimiquement afin d’identifier les composés phénoliques responsables de leurs propriétés antioxydantes. La contribution individuelle de ces composés phénoliques au potentiel antioxydant global des extraits a été estimée. Nous avons également étudié l’efficacité des extraits antioxydants sélectionnés sur le vieillissement cutané in vitro, par une étude globale de transcriptomique sur microarray, et confirmé les propriétés antioxydantes de ces extraits sur fibroblastes dermiques humains. / Within our body, the balance between oxidants and antioxidant systems is tightly controlled to maintain vital biological functions. Oxidative stress, defined as an imbalance of the oxidative balance in favor of oxidation, leading to the onset of cellular damage associated with the development and exacerbation of many diseases and with aging, including skin aging. Many studies aim to demonstrate the benefits of antioxidant supplementation in the prevention of damage related to oxidative stress. In that way, our work focused on identifying new sources of natural antioxidants, to value as active ingredients in nutraceutical formulations. For this, we selected and extracted thirty plant raw materials and studied the antioxidant properties of extracts obtained. Four promising extracts were selected and chemically characterized to identify the phenolic compounds responsible for their antioxidant properties. The individual contribution of these phenolic compounds to total antioxidant potential of extracts was estimated. We also studied the effectiveness of the selected antioxidants extracts on skin aging in vitro, by a transcriptomic study on microarray, and confirmed the antioxidant properties of these extracts on human dermal fibroblasts.

Malgré l’arsenal antifongique existant aujourd’hui, les mycoses superficielles sont en constante progression de par le monde et notamment dans le bassin caribéen. Nous nous sommes focalisés sur les pathologies qui posent, en Guadeloupe, de nombreux problèmes de résistance ou de rechute vis-à-vis des antifongiques actuels, à savoir : les dermatophyties, le Pityriasis versicolor (Malassezia sp.), les candidoses et les scytalidioses. Suite à ce constat, nous nous sommes tournés vers la flore guadeloupéenne où ont été sélectionnées dix plantes sur des critères ethnobotaniques, chimiotaxonomiques ou encore d’observations naturalistes avec un double objectif : trouver de nouveaux extraits antifongiques d’une part et, d’autre part, étudier leur composition et vérifier leur innocuité. Le screening antifongique in vitro des extraits c-hexane, EtOH et EtOH/eau (1:1, v/v) a été réalisé vis-à-vis de 4 dermatophytes, 1 Malassezia sp., 5 Candida spp. et 1 Scytalidium sp. Les extraits ont également été testés vis-à-vis d’un autre pathogène, Pneumocystis jirovecii responsable de la pneumocystose pulmonaire. Quatre plantes : Bursera simaruba, Cedrela odorata, Enterolobium cyclocarpum et Pluchea carolinensis ont été retenues afin de définir leurs cytotoxicités puis de procéder à l’isolement des composés responsables de leur activité antifongique par bioguidage. Cedrela odorata a montré une activité significative vis-à-vis de Pneumocystis jirovecii due en partie à la (+)-catéchine. Concernant les mycoses superficielles, Bursera simaruba et Cedrela odorata présentent une activité due à une synergie de composés non identifiés par bioguidage alors que Pluchea carolinensis et Enterolobium cyclocarpum doivent respectivement leurs activités à des flavonoïdes sulfatés et à des saponosides triterpéniques. Faisant suite à cette étude phytochimique et pharmacologique, la formulation des extraits sous forme de gels et vernis a été développée. Ainsi, cette étude permet d’apporter une réponse originale et efficace aux pathologies ciblées. / Despite the existing arsenal of antifungals today, superficial fungal infections have increased over the world and especially in the Caribbean basin. We focused our work on diseases that pose, in Guadeloupe, many problems of resistance or recurence towards current antifungals : dermatophytosis, Pityriasis versicolor (Malassezia sp.), Candidosis and Scytalidiosis. Following this observation, we were interested in the flora of Guadeloupe where ten plants were selected on natural observation, ethnobotanical or chemotaxonomical criteria with a dual purpose: to find new antifungal extracts on the one hand, and secondly, to study their composition and verify their safety. The in vitro screening of c-hexane, EtOH and EtOH/water (1:1, v/v) extracts, was made towards four dermatophytes, one Malassezia sp., five Candida spp. and one Scytalidium sp. The extracts were also tested on another pathogen, Pneumocystis jirovecii which is responsible of pneumonia. Four plants: Bursera simaruba, Cedrela odorata, Enterolobium cyclocarpum and Pluchea carolinensis were chosen to define their cytotoxicities and then we proceed to the isolation of active compounds by bioguiding. Cedrela odorata showed significant activity on Pneumocystis jirovecii and (+)-catechin was found to be partly responsible of this activity. Concerning the research on the superficial mycoses, Bursera simaruba and Cedrela odorata’s activities were due to a synergy of compounds unidentified by bioguiding while Pluchea carolinensis and Enterolobium cyclocarpum owe their activities to sulfated flavonoids and triterpene saponins, respectively. Following to these phytochemical and pharmacological studies, the drug formulation of the extracts has been developed. Thus, this study could be an original and effective response to the targeted disease.

À ce jour, aucun produit de désinfection endodontique possédant toutes les caractéristiques idéales n’a été développé. Ainsi, malgré les différentes stratégies de décontamination utilisées en clinique, certaines bactéries organisées sous forme de biofilm peuvent survivre et contribuer à la persistance de l'infection. De plus, certaines solutions actuellement disponibles démontrent un potentiel cytotoxique considérable si elles entrent en contact avec les tissus périapicaux. Le but de ce projet était d'étudier de nouvelles substances, dont la nisine, l'huile essentielle de cannelle et trois polyphénols dérivés de la réglisse (licochalcone A, licoricidine etglabridine) pour leurs propriétés antimicrobiennes envers Enterococcus faecalis ainsi que leur biocompatibilité avec les cellules humaines. Des essaisde dilutions en microplaque ont été réalisés pour déterminer les propriétés antibactériennes des composés et leurs effets sur la formation de biofilm. L'interaction synergique entre les composés a été évaluée en utilisant la technique en damier. La viabilité du biofilm a été mesurée par un test de bioluminescence alors que la biocompatibilité et la prolifération cellulaire ont été déterminées avec un test colorimétrique mesurant la respiration cellulaire. L'huile de cannelle s'est avérée être la substance démontrant les meilleures propriétés antibactériennes envers E. faecalis. Tous les composés à l’étude ont entraîné une diminution de la formation de biofilm proportionnellement à la réduction de la croissance bactérienne. Des effets antibactériens synergiques entre la nisine et les autres produits ont également été observés contre E. faecalis. Enfin, aux concentrations efficaces contre E. faecalis, lesproduits ont démontré peu ou pasde cytotoxicité vis-à-vis trois lignées cellulaires d’origine buccale, à l’exception de l’huile essentielle de cannelle. Cette étude a permis d’apporter des évidences que la nisine, l'huile de cannelle et certains polyphénols dérivés de la réglisse, plus spécifiquement lorsqu'ils sont utilisés en association, peuvent représenter des molécules prometteuses pour la désinfection des canaux radiculaires. / To date, no endodontic irrigating solution possessing all ideal characteristics has been developed. Thus, despite different existing decontamination strategies, some bacterial cells organized as biofilm can survive and contribute to the persistence of the infection. In addition, some currently available solutions demonstrate a considerable cytotoxic potential if forced into periapical tissues. The purpose of this study was to investigate new molecules, including nisin, cinnamon oil and polyphenols derived from licorice (licochalcone A, licoricidin and glabridin) for their antimicrobial properties against Enterococcus faecalis and their biocompatibility with human cells. Microplate dilution assays were performed to determine the antibacterial properties of the compounds and their effects on biofilm formation. The synergistic interaction between the compounds was evaluated using the checkerboard technique. The biofilm viabilitywas measured by a bioluminescence assay while biocompatibility and cell proliferation were determined with a colorimetric test measuring cellular respiration. Cinnamon oil has been shown to be the most effective antimicrobial agent against E.faecalis. All compounds tested in the study caused a decrease of biofilm formation proportionalto the reduction in bacterial growth. Synergistic antibacterial effects between nisin and other products have also been observed against E. faecalis. Tested products demonstrated weak or no cytotoxicity towards three oral cell lines. This study provides evidence that nisin, cinnamon oil and licorice-derived polyphenols, more specifically when used in association, may represent promising molecules for root canal disinfection.

Les polyphénols contenus dans les petits fruits ont été confirmés par des recherches antérieures pour avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine. On pense en particulier aux effets des proanthocyanidines (PACs) qui permettent d'améliorer les paramètres cardiométaboliques, ainsi qu'aux ellagitanins, qui eux-mêmes après une intense dégradation microbienne, libéreront des urolithines qui sont responsables des effets bénéfiques contre les maladies tels que le cancer, le diabète. Ce mémoire de maîtrise focalise donc principalement sur ces tanins, que contiennent la viorne trilobée et les akènes de fraises. Les objectifs sont d'optimiser les paramètres d'extraction des PACs et des ellagitanins de la viorne trilobée et d'akènes de fraise respectivement, et de caractériser ces composés phénoliques. Dans cette étude, le solvant utilisé est l'éthanol, car il est caractérisé GRAS (Generally Recognized as Safe), et peut donc être utilisé dans les produits alimentaires. La méthode de surface de réponse de Box Behnken a été utilisée pour déterminer les effets des autres paramètres d'extraction, à savoir la température, la concentration d'éthanol et l'acidification du milieu extractif. Les plages suivantes ont été testées : température entre 20 et 60°C, concentration en éthanol de 40 à 80 % et acidité du milieu extractif de 0 à 1 %. Les résultats obtenus ont montré que le meilleur paramètre d'extraction des PACs était une concentration de 80% d'éthanol, les autres paramètres ont eu peu d'effets. Lors de l'analyse par la méthode de chromatographie liquide à haute performance, des monomères, des dimères, un certain nombre d'oligomères, entre DP3- DP10, ainsi que des polymères de PACs de DP>10 ont été identifiés dans les extraits de la viorne trilobée. Rappelons que le DP ou le degré de polymérisation est le nombre d'unités de monomères contenu dans un polymère. En comparaison avec la canneberge, qui est un fruit riche en PACs, la viorne trilobée s'est avérée être plus riche en PACs, les teneurs en PACs totaux étaient respectivement de 7346 mg éq épicatéchine/100g MS et de 4478mg éq épicatéchine/100g MS pour la viorne et la canneberge, respectivement. Quant aux akènes de fraises, les conditions optimales d'extraction des composés phénoliques étaient une température de 60°C, une concentration en éthanol de 68%, l'acidification du milieu extractif a eu peu d'effet. Lors de la quantification des ellagitanins des akènes de fraise par la méthode de chromatographie liquide ultra haute performance couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol (UPLC-QToF-MS), nous avons trouvé qu'ils contenaient des ellagitanins dont la teneur était de 799 mg/100g MS. Les ellagitanins étaient la catégorie de composés phénoliques majoritaires dans les akènes de fraises, car ils représentaient 82% des polyphénols totaux, qui étaient de 977 mg/100g de matière sèche. Lorsque nous avons identifié ces ellagitanins à l'aide de la méthode de chromatographie liquide à ultra haute performance couplée à la spectrométrie de masse à trappe orbitale. Cette méthode nous a permis d'identifier les ellagitanins à un niveau d'identification 3, selon la classification de (Sumner et al., 2007). Les ellagitanins suivants ont été potentiellement retrouvés: la sanguiine H6, l'agrimoniine, la fragariine A, la sanguiine H2, la casuarictine, des isomères de la pédunculagine, la tellimagrandine I et des isomères d'isostricitine, dont la présence avait déjà été rapportée dans les akènes et les fruits de fraises, et l'acide chébulagique et la géraniine dont la présence potentielle a été rapportée pour la première fois dans la fraise. Cette étude a permis de comprendre que les akènes de fraises peuvent être valorisés en extraits d'ellagitanins. Aussi, d'avoir un aperçu que les composés présents dans les akènes de fraises sont probablement plus diversifiés que les composés présents dans le réceptacle. Ces composés spécifiques aux akènes suscitent alors de nouvelles études sur la caractérisation des métabolites des akènes de fraises, ainsi que leurs effets sur le microbiote intestinal.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La prévalence de l'obésité a atteint des proportions pandémiques et représente un facteur de risque majeur pour une variété de désordres métaboliques, dont la résistance à l'insuline et la dyslipidémie, ce qui contribue l'apparition de troubles cardiométaboliques comme le diabète de type 2 et la stéatose hépatique non-alcoolique. Pour tenter de freiner la prévalence de l'obésité et les comorbidités qui y sont associées, plusieurs stratégies nutritionnelles ont été élaborées. Pourtant, l'efficacité de ces approches est encore limitée, ce qui renforce l'urgence d'identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Une abondante littérature scientifique a établi une relation entre le microbiote intestinal et les maladies cardiométaboliques. Ainsi, les travaux de cette thèse regroupent plusieurs interventions nutritionnelles visant à étudier la relation entre le microbiote intestinal et la progression de ces désordres métaboliques chez la souris et l'humain. D'une part, les polyphénols suscitent un important intérêt dans le contexte de l'amélioration du profil métabolique et du microbiote intestinal. L'impact des anthocyanines et des proanthocyanidines isolés de bleuets en corymbe (*highbush*) sur la santé métabolique et le microbiote intestinal a été évalué chez la souris dans le premier chapitre de cette thèse. Ces travaux ont montré que les polyphénols prévenaient la détérioration du profile métabolique, et que certains paramètres étaient transmissibles par transplantation fécale. Des études animales antérieures ont aussi montré qu'un extrait de camu-camu riche en polyphénols prévenait le gain de poids, protégeait contre la stéatose hépatique en modifiait la composition du microbiote intestinal dans un modèle de souris obèse, mais aucun essai clinique n'avait encore étudié l'impact du camu-camu sur ces paramètres. Chez des sujets présentant une détérioration métabolique, la supplémentation en camu-camu s'est traduite par une diminution de la graisse hépatique et des niveaux circulants de marqueurs de lésions hépatiques. Ces changements étaient également associés à une modification dans la composition du microbiote intestinal. D'autre part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue comme étant néfaste pour la santé cardiométabolique. Pourtant, les méta-analyses indiquent que leur remplacement par des édulcorants artificiels non-caloriques ne se traduit pas systématiquement par une diminution de la prévalence des désordres métaboliques. Le stévia est un édulcorant naturel associé à des effets neutres ou bénéfiques sur la santé métabolique, mais son arrière-goût décourage plusieurs consommateurs. L'isolation des composantes sucrées du stévia au profil gustatif amélioré, dont les rebaudiosides A (RebA) et D (RebD), représente une alternative, mais leur impact sur la santé reste peu étudié à ce jour. L'objectif du chapitre trois était d'étudier l'impact du RebA et du RebD sur la santé métabolique et le microbiote intestinal chez la souris. Le RebD a diminué le gain de poids, la stéatose hépatique et un marqueur d'endotoxémie métabolique en plus de modifier le métabolisme des acides biliaires et la composition du microbiote intestinal. Le RebA a eu un effet neutre sur ces paramètres. Une autre stratégie nutritionnelle identifiée pour se prémunir des effets néfastes associés à la surconsommation de sucres ajoutés est de remplacer les sucres raffinés par des sucres moindrement transformés et riches en composés phytochimiques, comme le sirop d'érable. Dans le quatrième chapitre de cette thèse, la substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable représentant 10% de l'apport calorique total chez la souris s'est traduite par une moins grande détérioration de la résistance à l'insuline, une diminution de la stéatose hépatique et par des changements dans la composition et les fonctions du microbiote intestinal. Enfin, le cinquième chapitre de cette thèse visait à étudier l'impact d'une substitution de sucres raffinés par une dose équivalente de sirop d'érable correspondant à 5% de l'apport calorique total sur les paramètres cardiométaboliques et le microbiote intestinal fécal de sujets présentant une détérioration métabolique. Cette étude a montré que le sirop d'érable réduisait plusieurs facteurs de risque cardiométabolique, dont la tension artérielle systolique, l'aire sous la courbe de la glycémie lors du test de tolérance au glucose et la graisse abdominale androïde, en plus de tendre à réduire la pression artérielle diastolique par rapport au placébo. Les travaux de cette thèse montrent qu'il existe une relation étroite entre l'alimentation, le microbiote intestinal et la santé métabolique. Ce manuscrit propose des pistes d'interventions nutritionnelles susceptibles d'enjoindre la population à effectuer de meilleurs choix alimentaires pour prévenir les désordres métaboliques. / The prevalence of obesity has reached pandemic proportions and represents a major risk factor for a variety of metabolic disorders, such as insulin resistance and dyslipidemia, which contribute to the development of cardiometabolic disorders such as type 2 diabetes (T2D) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). To decrease the prevalence of obesity and its associated comorbidities, several nutritional strategies have been developed. However, the effectiveness of these approaches is still limited, which reinforces the urgency of identifying new therapeutic targets. An abundant scientific literature has established a relationship between the gut microbiota and cardiometabolic diseases. This thesis gathers several nutritional interventions aimed at studying the relationship between the gut microbiota and the progression of these metabolic disorders in both mice and humans. Polyphenols are attracting significant interest in the context of improving metabolic health and modifying the gut microbiota composition. The impact of anthocyanins and proanthocyanidins isolated from highbush blueberry on metabolic health and gut microbiota was assessed in mice in the first chapter of this thesis. This work showed that polyphenols prevented the deterioration of the metabolic profile, and that certain parameters were transmissible by fecal transplantation. Previous animal studies have also shown that a polyphenol-rich camu-camu extract prevented weight gain, protected against fatty liver disease, and altered the composition of the gut microbiota in an obese mouse model, but no clinical trial had further studied the impact of camu-camu on these parameters. In subjects presenting mild metabolic deterioration, camu-camu supplementation resulted in decreased liver fat and lower circulating markers of liver injury. These changes were also associated with changes in the gut microbiota composition. Excessive consumption of added sugars is known to be detrimental to cardiometabolic health. However, meta-analyses indicate that their replacement by non-caloric artificial sweeteners does not systematically result in a decrease in the prevalence of metabolic disorders. Stevia is a natural sweetener associated with neutral or beneficial effects on metabolic health, but its bitter aftertaste discourages many consumers. The isolation of the sweet components of stevia with an improved taste profile, including rebaudiosides A (RebA) and D (RebD), represents an interesting alternative, but their impact on health remains poorly studied to date. The objective of chapter three was to investigate the impact of RebA and RebD on metabolic health and gut microbiota in mice. RebD decreased weight gain, hepatic steatosis, and a marker of metabolic endotoxemia in addition to altering bile acid metabolism and gut microbiota composition. RebA had a neutral effect on these parameters. Another nutritional strategy identified to prevent the harmful effects associated with the overconsumption of added sugars is to replace refined sugars with sugars that are less processed and rich in phytochemicals, such as maple syrup. In the fourth chapter of this thesis, the substitution of refined sugars by an equivalent dose of maple syrup representing 10% of the total caloric intake in mice was less deleterious on insulin resistance and hepatic steatosis and was associated with changes in the composition and functions of the gut microbiota. Finally, the fifth chapter of this thesis aimed to study the impact of substituting refined sugars by an equivalent dose of maple syrup corresponding to 5% of the total caloric intake on cardiometabolic parameters and the gutmicrobiota composition of subjects with mild metabolic deterioration. This study showed that maple syrup reduced several cardiometabolic risk factors, including systolic blood pressure, area under the glucose tolerance test, and android abdominal fat, and tended to decrease diastolic blood pressure compared to placebo. The work of this thesis shows that there is a close relationship between the diet, the gut microbiota and metabolic health. This manuscript proposes avenues for nutritional intervention likely to enjoin the population to make better food choices to prevent metabolic disorders.

Plusieurs études ont rapporté l'activité antimicrobienne et anti-oxydante d'extraits de sous-produits végétaux. Le recours à l'utilisation de ces extraits dans les produits alimentaires pourrait constituer une stratégie innovante et prometteuse. Les résidus de fruits et légumes peuvent être une source potentielle de composés bioactifs. L'enjeu de cette étude était d'initier des recherches qui pourront aboutir au développement d'agents anti-oxydants-antimicrobiens à partir des sous-produits végétaux destinés à la conservation des aliments, comme une alternative aux produits chimiques synthétiques. L'étude initiale a été d'identifier des extraits de fruits et légumes qui possèdent à la fois de grandes propriétés antimicrobiennes et anti-oxydantes. Enfin, des moyens simples pour augmenter l'activité antimicrobienne de ces extraits ont été étudiés. Environ 160 extraits aqueux de sous-produits de fruits et légumes ont été criblés pour évaluer leur potentiel antimicrobien et anti-oxydant. L'activité antimicrobienne a été déterminée par l'inhibition de la croissance d'Escherichi coli et de Bacillus subtilis. L'activité anti-oxydante a été mise évidence par le test au DPPH (2,2-diphenyl -1-picrylhydrazyl). L'étude a conduit à l'identification des extraits présentant à la fois un potentiel antimicrobien et des propriétés anti-oxydantes. Les propriétés bioactives des extraits sont influencées par le pH de l'extrait, le type de tissu (fruits, feuilles et racines) et le type physiologique des fruits (climactérique). Les résultats ont montré l'existence d'une relation entre les propriétés anti-oxydantes et antimicrobiennes des extraits de plantes. De ce fait, l'indice anti-oxydant-antimicrobien développé pourrait être utile dans le choix des sources végétales bioactives. Les extraits de plantes aux propriétés antimicrobiennes et anti-oxydantes présentent un potentiel comme agent de conservation sécuritaire, bénéfique pour la santé et économique. La considération de la vitesse de piégeage des radicaux (facteur du temps) pour définir l'efficacité réelle (capacité) du système anti-oxydant a été considérée comme la meilleure manière d'exprimer avec plus de fiabilité le pouvoir anti-oxydant réel. La nouvelle expression, le pouvoir antiradicalaire - ARP, produite à partir du test DPPH, peut être plus utile pour identifier l'activité anti-oxydante des échantillons biologiques. Certains échantillons présentaient une valeur ARP élevée tels que les extraits de rambutan, feuille de canneberge, feuille de bleuet, feuille de vigne (sauvage), feuille de framboise, feuille de bétel, avocat, grenade et cherimoya. Les extraits de feuilles possèdent, en général, une valeur d'ARP supérieure à celle des fruits tandis que, les extraits de racines présentent les plus faibles ARP. De plus, cette étude montre également que le nombre moyen d'oxydation du carbone de mélanges complexes tels que des extraits de plantes peut prédire leur pouvoir anti-oxydant, en dépit de la disparité entre les tissus de feuilles et de fruits. Le spectre d'activité anti-radicalaire d'extraits sélectionnés a été exploré. L'activité anti-oxydante a été évaluée par différentes méthodes incluant, capacité anti-oxydante équivalente de Trolox (TEAC), essai de radicaux libres (DPPH), test du pouvoir réducteur d'ion ferrique (FRAP), mesure du potentiel d'oxydoréduction, réduction du peroxyde d'hydrogène, du radical hydroxyle, d'anion superoxyde, d'oxyde nitrique et de l'activité de chélation du fer. Les teneurs totales en composés phénoliques (TPC) et en flavonoïdes (TFC) des extraits ont également été déterminées. Les extraits de feuille de bétel, fruit de bleuet, feuille de cassis, feuille de canneberge ont montré une bonne activité de piégeage des radicaux (essai TEAC); ceux de pomme, oseille, vigne rouge et racine de pissenlit étaient efficaces contre SOA; ceux de feuilles de canneberge, feuille de bleuet, cassis et romarin contre le radical hydroxyle; ceux de bette à carde, panais, brocoli et orange contre H2O2; et ceux de pomme de terre, banane, oseille, feuille d'argousier contre l'oxyde nitrique. Les extraits de feuille et fruit de bleuet, grenade, cassis et feuille de bétel ont montré un bon pouvoir réducteur d'ion ferrique. Les extraits possédant la capacité élevée de chélation du fer étaient: feuille d'argousier, radis, panais, feuille de bétel et mangoustan. L'extrait de feuille de bétel présentait des activités élevées, y compris de fixation du fer et de piégeage de divers radicaux, à l'exception de l'oxyde nitrique, où l'activité était néanmoins modérée. Les essais de TEAC, de DPPH et de FRAP fournissent essentiellement la même réponse concernant l'activité anti-oxydante des extraits de plantes, ce qui suggère que l'un de ces essais serait suffisant pour évaluer leur capacité anti-radicalaire. / Cette étude suggère également que l'activité anti-oxydante d'une substance, déterminée par un ou plusieurs essais, ne donne pas une image complète de son efficacité contre les diverses espèces de radicaux oxygénés; et elle montre que la détermination du spectre de l'activité anti-radicalaire serait nécessaire. L'activité antimicrobienne des extraits de plantes sélectionnés a été évaluée en détail par turbidimétrie en milieu liquide et par diffusion en milieu solide (gel). L'activité antimicrobienne a été exprimée dans la première méthode par l'inhibition de la croissance (GI), par la concentration minimale inhibitrice (MIC) et par une nouvelle expression, dénommée index antimicrobien (AMI). Dans la seconde méthode, l'activité a été exprimée en zone d'inhibition. L'AMI prend en compte les trois phases de croissance des bactéries. Bien que les méthodes turbidimétriques soient fiables dans l'évaluation de l'activité antimicrobienne des substances, la nouvelle expression (AMI) semble être plus significative car, elle comprend l'information sur l'interaction entre la substance et le micro-organisme et sa vitesse de croissance en présence de cette substance. De plus, l'AMI démarque l'activité des échantillons, même ceux qui sont très actifs. Le spectre d'activité antimicrobienne des extraits de plantes sélectionnés a été également étudié. Seulement quelques extraits ont montré un spectre d'activité antimicrobienne assez large. En effet, seul l'extrait de feuille de bétel a un large spectre d'activité contre les bactéries, les levures et les champignons, suivis des extraits de grenade et de fruits d'argousier qui semblent être efficaces contre les bactéries et les levures. L'extrait de cassis est effectivement une substance antibactérienne. Finalement, différentes stratégies pour améliorer l'activité antimicrobienne d'extraits anti-oxydants-antimicrobiens sélectionnés ont été explorées. Trois approches, incluant l'extraction par solvants sélectifs, le mélange binaire des extraits et l'addition de composés végétaux, ont été étudiées. L'activité anti-oxydante-antimicrobienne et le profil phytochimique ont été analysés. Le résultat montre que l'eau chaude peut être utilisée comme solvant pour l'extraction d'agents anti-oxydants-antimicrobiens d'origine végétale, bien qu'un solvant polaire extrait en préférence les substances phénoliques et modestement les substances non polaires comme les terpénoïdes. Toutefois, compte tenu du rendement et de l'activité des extraits, l'eau semble être appropriée, et elle peut être considérée comme un solvant efficace pour les fruits qui sont riches en substances phénoliques. Néanmoins, d'autres solvants sélectifs doivent être considérés pour l'extraction des substances actives non-polaires issues de matière première végétale comme les feuilles. Certaines augmentations de l'activité antimicrobienne sont possibles par le mélange de deux extraits de plantes ou par l'addition de composés végétaux. On a aussi observé que la composition des mélanges peut être importante, car les interactions synergiques ou antagonistes se retrouvent dans certaines proportions. Le mélange des extraits de grenade et cassis d'une part et le mélange des extraits de thé vert et pomme de cajou d'autre part ont montré une amélioration d'activité. L'ajout de glyoxal de méthyle et mono-caprine a également produit une augmentation de l'activité des extraits de plantes. L'addition de glyoxal de méthyle à 25 % (p/p) a amélioré l'activité des extraits de grenade et de cassis. Dans l'ensemble, ce travail a exploré le potentiel des extraits des sous-produits de fruits et de légumes comme agent anti-oxydant-antimicrobien. Les extraits de plantes montrant des potentiels anti-oxydants et antimicrobiens regroupent: olive, canneberge, noni, feuille de bétel, cassis, grenade, citronnelle, épinard, raisin vert (vin), cassis (résidu), aubergine, ramboutan, prune indienne, feuille de canneberge, feuille de romarin, feuille de vigne (sauvage), thé vert, mangoustan et feuille de framboise. Cependant, de cette liste, seuls quelques extraits (feuille de bétel, grenade, résidus de cassis) présentent un large spectre d'activité anti-oxydante et antimicrobienne. En outre, cette étude a introduit de nouvelles expressions pour l'activité anti-oxydante (ARP) et antimicrobienne (AMI) des mélanges complexes tels que les extraits de plantes. Ces expressions peuvent être utiles pour le criblage de matériels d'origine végétale dans la recherche de ces activités. Un autre enseignement de cette étude est que l'amélioration de l'activité antimicrobienne des extraits de plantes ne peut pas être possible simplement par le mélange d'extraits, en raison des interactions potentielles entre les composants des extraits. La connaissance de la composition phytochimique est essentielle pour comprendre de telles interactions, dans la sélection des mélanges et pour déterminer les approches possibles pour améliorer l'activité antimicrobienne. / Les sous-produits de végétaux peuvent être une source potentielle d'antioxydant-antimicrobiens pour une application dans la conservation des aliments, comme alternative aux agents synthétiques, mais beaucoup de travaux sont encore nécessaires pour atteindre ce but, ce qui nécessiterait une approche systémique. / There is a growing interest in the development of strategies to use agricultural and industrial residues as a source of high value-added, including bioactive products. The residues of fruits and vegetables may be a potential source of bioactive compounds. The major objective of this work is to conduct studies to pave the way for the development of antioxidant-antimicrobials from plant by-products for use in food preservation, as alternative to synthetic chemicals. The starting point was the identification of extracts of fruit and vegetable extracts exhibiting high antimicrobial and antioxidant properties. The selected extracts were then characterized for their spectrum of antioxidant and antimicrobial activities. Finally, simple ways of enhancing the antimicrobial activity of the selected extracts were examined. Aqueous extracts of about 160 fruit and vegetable by-products were evaluated for their potential as antimicrobial and antioxidant agents. The growth inhibiting activity of all the 160 extracts were tested against Escherichia coli, and Bacillus Subtilis; and the antioxidant activity was determined by DPPH radical scavenging assay. The pH of the extract, type of tissue (fruit, leaf and root) and physiological type of fruits (climacteric) had impact on the bioactive properties. There was some relationship between antioxidant and antimicrobial properties of the plant extracts. The proposed antioxidant-antimicrobial index may be useful in the selection of plant sources of bio-actives. Consideration of rate of radical quenching (time factor) to define actual efficacy (capacity) of antioxidant system was found to be a better and reliable way of expressing the real antioxidant power. The new expression, antiradical power - ARP, generated from DPPH assay may be more useful in identifying the antioxidant activity of biological samples. Some samples exhibited high ARP value such as rambutan, cranberry leaf, blueberry leaf, grape leaf (wild), raspberry leaf, betel leaf, avocado, pomegranate and custard apple. Leaf extracts possess, in general, higher ARP than fruits, and root extracts possess low ARP. In addition, this study also suggests that average carbon oxidation number of complex mixtures such as plant extracts may portend their antioxidant power, in spite of the disparity between leaf and fruit materials. In chapter 4, plant extracts selected from the original 160 were investigated for their spectrum of anti-radical activity. The antioxidant activity was evaluated by Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC), DPPH free radical assay (DPPH), ferric reducing power assay (FRAP), redox potential measurement, hydrogen peroxide, hydroxyl radical, superoxide anion, nitric oxide and iron chelating activities. Their total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC) were also determined. Betel leaf, blueberry fruit and black currant and cranberry leaf showed high radical scavenging activity (TEAC assay); apple, sorrel, red grape and dandelion root were effective against SOA; cranberry leaf, blueberry leaf, black currant and Rosemary against hydroxyl radical; rainbow chard, parsnip, broccoli and orange against H2O2; and potato, banana, sorrel, sea buckthorn leaf against nitric oxide. Blueberry leaf and fruit, pomegranate, black currant and betel leaf showed high ferric ion reducing power. The extracts showing high iron binding capacity were: sea buckthorn leaf, radish, parsnip, betel leaf and mangosteen. Betel leaf extract exhibited high activities, including iron binding and scavenging of various radicals except nitric oxide, where the activity was moderate. TEAC, DPPH and FRAP assays provide essentially the same response with respect to the antioxidant activity of plant extracts, suggesting that any one of them would be adequate to evaluate their anti-radical capacity. This study also suggests that antioxidant activity of a substance, determined by one or more related assays, does not give the complete picture of its effectiveness against various species of oxygen radicals; and emphasizes that determination of the spectrum of the anti-radical activity would be necessary. In chapter 5, the antimicrobial activity of selected plant extracts was evaluated in detail by turbidimetric methods in liquid medium, and by well-diffusion method in gel medium. The antimicrobial activity was expressed in the former by growth inhibition, minimum inhibitory concentration - MIC and by a new expression, the antimicrobial index – AMI; and in the latter, expressed by zone of inhibition. AMI takes into account all the three growth phases of the bacteria. Although the turbidimetric methods were in good agreement in the assessment of the activity of the substances, the new expression, AMI, appears to be more meaningful since it carries the information regarding interaction between the substance and the microorganism and the growth rate in the presence of that substance. In addition, AMI demarcates the activity of samples, even those found to be highly active. Furthermore, the spectrum of antimicrobial activity of selected plant extracts was also examined. Only a few extracts showed some broad spectrum in their activities. In effect, only betel leaf extract showed a broad spectrum of antimicrobial activity against bacteria, yeasts and fungi; whereas pomegranate and sea buckthorn fruit extracts appear to be effective against both bacteria and yeasts. Black currant extract is effectively an antibacterial substance. In chapter 6, various ways of enhancing the antimicrobial activity of selected antioxidant-antimicrobial extracts were explored. Three approaches, including selective solvent extraction, binary blending of extracts and addition of plant compounds were investigated. Antioxidant, antimicrobial activity and the profile of phytochemical classes were analyzed. The results showed that hot water could be used for solvent extraction of antioxidant-antimicrobials from plant materials, albeit a polar solvent that extracts phenolic substances preferably and only modestly non-polar substances such as terpenoids. However, considering the yield of the extracts and the activity, water appeared to be an effective solvent solvent for fruit sources that are rich in phenolic substances. Other selective solvents must be considered for extraction of active non-polar substances for plant sources such as leaves. Some enhancement in antimicrobial activity was possible by either mixing plant extracts or by the addition of plant compounds. It was also observed that the composition of blends or mixtures might be important, since synergistic or antagonistic interactions occurred at certain proportions. Pomegranate and black currant extract blends and green tea and cashew apple extract blends showed enhancement in activity. The addition of methyl glyoxal and mono-caprin also showed enhancement in the activity of plant extracts. Methyl glyoxal at 25 % (w/w) addition improved the activity of pomegranate and black currant extracts. Overall, this work explored the potential of extracts of fruit and vegetable by-products as anti-oxidant-antimicrobials. Some plant extracts having potential as antioxidant-antimicrobial agents. They include: olive, cranberry, noni, betel leaf, black currant, pomegranate, lemon grass, spinach, green grape (wine), black currant (residue), egg plant, rambutan, Indian plum, cranberry leaf, rosemary leaf, grape leaf (wild), green tea, mangosteen and raspberry leaf. However, the list is reduced to a few (betel leaf, pomegranate, black currant residue), should broad antioxidant and antimicrobial activities are taken into account. In addition, this study introduces new expressions for antioxidant (ARP) and antimicrobial (AMI) activities of complex mixtures such as plant extracts, and they can be useful in the screening of plant materials for these activities. The knowledge of the phytochemical composition is essential to understand such interactions, in the selection of mixtures and to determine possible approaches to enhance the antimicrobial activity. Plant by-product can be a potential source of antioxidant-antimicrobial for use in food preservation, as alternative to synthetic agents, but much work is needed to realize this goal, and that would require a systemic approach.