L'étude du comportement des enzymes immobilisées, au moyen de capteurs, a été effectuée grâce à la réalisation d'électrodes enzymatiques fiables, ayant des réponses reproductibles dans le temps. Ces capteurs ont permis de vérifier les résultats de l'étude fondamentale qui débouche ainsi sur la compréhension détaillée des phénomènes essentiels se déroulant au sein de la membrane enzymatique. La méthode mathématique que nous avons adoptée a permis de résoudre un certain nombre de problèmes, en particulier la détermination des paramètres d'une matrice enzymatique, conditionnant le transfert de masse dans les réacteurs biologiques, et la mise en évidence de la "frontière libre" délimitant une zone "gelée". Ainsi nous avons pu expliquer des phénomènes couramment observés en pratique : comportement de l'enzyme immobilisée vis à vis du pH, de la température, de la dénaturation et face au vieillissement. Ces connaissances devraient permettre de prévoir l'action des agents dénaturants pouvant affecter le fonctionnement des réacteurs bi0logiques et d'en améliorer les performances. Nous avons ensuite abordé l'étude du comportement des enzymes en présence des inhibiteurs, étant donné qu'ils sont les principaux effecteurs de la réaction enzymatique. Les essais cinétiques réalisés avec des enzymes en solution ne correspondaient pas à une approche exacte, compte tenu du temps souvent long, nécessaire pour séparer l'enzyme de ses inhibiteurs par dialyse, perméation sur gel, ... Les électrodes munies de membranes contenant des enzymes immobilisées, constituent le moyen idéal pour pallier à cet inconvénient, car nous pouvons à tout instant, mettre l'enzyme en présence ou non de l' inhibiteur. Cette étude a débouché sur la mise en évidence directe du phénomène de réversibilité de l'action d'un inhibiteur. Face aux inhibiteurs non réversibles immédiatement, nos recherches ont conduit à l'utilisation de substances autorisant la régénération rapide et efficace de l'enzyme inhibée. L'étude mathématique appliquée aux inhibiteurs, a permis de différencier les grands types d'inhibition, les méthodes classiques de transformation linéaires telles que celles de Lineweaver-Burk n'ayant plus de raison d'être en phase hétérogène, car les hypothèses de base ne sont plus vérifiées, les enzymes ne fonctionnant pas dans les mêmes conditions (concentrations en substrat, pH, ...) en tout point de la membrane. Le couplage de cette étude fondamentale avec les possibilités de régénération a abouti à la mise au point d'électrodes pour le dosage d'inhibiteurs. Cette méthode de dosage constitue une reproduction du phénomène naturel d'inhibition de notre organisme par des composés polluants. D'autre part, nous avons mis en évidence la possibilité de masquer les effets des inhibiteurs par un choix de conditions telles que l'activité apparente de la membrane enzymatique soit conservée. Le dosage de l'urée sanguine, en présence d'ions fluorures, en est l'exemple le plus marquant. Les capteurs enthalpimétriques nous semblaient être la solution quasi universelle au dosage des composés biologiques, toute réaction s'accompagnant en général d'une variation de l'enthalpie libre. Cependant avec le bruit de fond actuel observé au niveau de tels capteurs, seules quelques substances peuvent donner lieu à un dosage significatif. Nous avons volontairement limité notre étude à un certain nombre de paramètres qui nous ont permis d'obtenir une concordance suffisante entre les prévisions mathématiques et les résultats expérimentaux. D'autres paramètres, affectant l'activité enzymatique, pourraient être mis en évidence dans d'autres conditions expérimentales et font l'objet d'études au sein de notre laboratoire [Thèse Didier Vallin, 1984]. Les progrès réalisés, de nos jours, tant au niveau industriel, qu'agricole, s'accompagnent souvent d'une perte de la qualité de notre environnement. On connaît la pollution des eaux par les rejets industriels et les pesticides, et les conséquences parfois dramatiques aussi bien sur la faune, la flore et,... l'être humain. Aussi l'Homme a-t-il besoin de maîtriser son avenir par une meilleure connaissance des nuisances possibles pouvant provenir d'une amélioration forcenée de sa condition de vie. Aussi, je pense que les électrodes à enzymes immobilisées mises au point, tant pour le dosage des substrats que des inhibiteurs, participent à la réalisation de cet objectif. La qualité de la vie ne doit pas être un vain mot dans les années à venir.

Cette étude a porté sur les propriétés culturales et les potentialités métaboliques de deux souches de Basidiomycètes : <i>Macrocystidia cucumis</i> (Agaricales) et <i>Fomes fomentarius</i> (Aphyllophorales). D'une part, sur des surnageants de culture de <i>Macrocystidia cucumis</i>, un agent inhibant,<i> in vitro</i>, le développement du virus Herpès Simplex type 1 a été détecté. La production ou la stabilité du ou des métabolite(s) antiviraux s'est cependant révélée trop erratique pour permettre une caractérisation du composé actif. D'autre part, des fractions polysaccharidiques, isolées de cultures de <i>Fomes fomentarius</i> ont montré <i>in vitro</i>, une forte inhibition de la réaction proliférative des lymphocytes du sang périphérique, stimulés par la concanavaline A ou par des cellules présentatrices allogéniques. Les fractions actives ont été caractérisées et sont composées d'hétéroglucanes (glucose, mannose, galactose) associés à une fraction peptidique (54%). Les résultats actuels ne permettent pas de préciser le rôle de la fraction peptidique dans l'activité. De façon à définir les relations entre propriétés culturales, activités métaboliques et morphologie mycélienne, une première méthode d'analyse d'images a été développée afin d'autoriser, en routine, des mesures et une classification morphologique de la biomasse obtenue lors des fermentations. La méthode repose sur un procédé de coloration permettant une différenciation rapide des zones mycéliennes en fonction de leur accessibilité au milieu. L'influence des conditions d'aération et d'agitation sur la croissance de <i>Macrocystidia cucumis</i> et les conditions préférentielles pour la production des polysaccharides par <i>Fomes fomentarius</i> ont pu être définies à partir des paramètres morphologiques. Une seconde technique de coloration a ensuite été proposée pour suivre par analyses d'images la progression d'un front de diffusion au sein des pellets et fournir ainsi une évaluation de la densité de l'enchevêtrement mycélien en fonction de la vitesse du processus diffusionnel. Le critère diffusionnel défini par ces deux méthodes d'analyses d'images constitue une nouvelle alternative pour la caractérisation morphologique des pellets et agrégats mycéliens. Ses perspectives en terme de connaissance et de modélisation de la croissance de telles biomasses apparaissent particulièrement importantes pour les fermentations fongiques industrielles.

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Le bioélectromagnétisme, domaine de recherche se situant au carrefour de la biologie et de l'électromagnétisme, s'intéresse à l'étude des interactions entre les ondes électromagnétiques et le vivant. La finalité de ces travaux de thèse concerne le développement d'un capteur optique dédié à la mesure simultanée du champ électrique et de la température au sein de milieux biologiques exposés à un rayonnement radiofréquence. Il s'agit donc, plus spécifiquement, de réaliser une sonde électro-optique répondant aux différents besoins métrologiques des applications dosimétriques et qui soit, de plus, compatible avec les milieux d'étude. Une campagne de mesure préliminaire a été dédiée à la caractérisation les propriétés optiques, thermo-optiques et électro-optiques des cristaux d'intérêt (éléments de transduction de ces sondes). Un capteur fibré a ensuite été réalisé. Ce dernier a permis d'effectuer des mesures simultanées de champ électrique et de température dans le cadre d'expérimentations en dosimétrie radiofréquence, permettant ainsi une caractérisation duale inédite du Débit d'Absorption Spécifique (DAS). Cette sonde, entièrement diélectrique, a également rendu possible une première discrimination du profil temporel d'impulsions nanosecondes de fortes amplitudes au sein d'une solution biologique, dans le cadre d'expérimentations en électroporation cellulaire.

Cette thèse porte sur l'analyse mathématique des modèles de compétition de plusieurs espèces microbiennes sur une seule ressource dans un chémostat. L'objectif est de modéliser et démontrer la coexistence des espèces par divers mécanismes pour mieux rendre compte de la biodiversité que l'on trouve dans la nature, ainsi que dans les bioréacteurs. Nous nous somme intéressés principalement à trois mécanismes de coexistence : 1. La compétition inter-spécifique entre les populations de micro-organismes et intra-spécifiques entre les individus de la même espèce. 2. La floculation où l'espèce la plus compétitive inhibe sa propre croissance par la formation des flocs pour pouvoir coexister avec les autres espèces. En fait, ces bactéries en flocs consomment moins du substrat que les bactéries isolées puisqu'elles ont un moins bon accès au substrat, étant donné que cet accès au substrat est proportionnel à la surface extérieur du floc. 3. La densité-dépendance dont le modèle peut être construit à partir du modèle de floculation, en supposant que la dynamique de floculation est plus rapide que la croissance des espèces. Dans ce modèle densité-dépendant le taux de croissance dépend non seulement de la densité du substrat, mais aussi, de la densité de la biomasse, et le taux de prélèvement de la biomasse n'est pas constant mais dépend aussi de la densité de la biomasse. Enfin, nous avons étudié un modèle de digestion anaérobie à trois étapes avec dégradation enzymatique du substrat (matière organique), dont une partie peut être sous forme particulaire. L'analyse mathématique montre que le modèle peut présenter la quadri-stabilité avec lessivage d'aucune, d'une ou de deux espèces selon la condition initiale. L'étude mathématique du comportement qualitatif de différents modèles du chémostat, nous a permis de mieux comprendre la compétition et la coexistence des espèces microbiennes.

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Cette thèse se place dans le cadre de l'étude in silico, c'est-à-dire assistée par ordinateur, des liens qui unissent la séquence d'une protéine à la (ou aux) structure(s) tri-dimensionnelle(s) qu'elle adopte. Le décryptage de ces liens présente de nombreuses applications dans divers domaines et constitue sans doute l'une des problématiques les plus fascinantes de la recherche en biologie moléculaire.<p><p>Le premier aspect de notre travail concerne le développement de potentiels statistiques dérivés de bases de données de protéines dont les structures sont connues. Ces potentiels présentent plusieurs avantages: ils peuvent être aisément adaptés à des représentations structurales simplifiées, et permettent de définir un nombre limité de fonctions énergétiques qui incarnent l'ensemble complexe d'interactions gouvernant la structure et la stabilité des protéines, et qui incluent également certaines contributions entropiques. Cependant, leur signification physique reste assez nébuleuse, car l'impact des diverses hypothèses nécessaires à leur dérivation est loin d'être clairement établi. Nous nous sommes attachés à l'étude de certaines limitations des ces potentiels: leur dépendance en la taille des protéines incluses dans la base de données, la non-additivité des termes de potentiels, et l'importance souvent négligée de l'environnement protéique spécifique ressenti par chaque résidu. Nous avons ainsi mis en évidence que l'influence de la taille des protéines de la base de données sur les potentiels de distance entre résidus est spécifique à chaque paire d'acides aminés, peut être relativement importante, et résulte essentiellement de la répartition inhomogène des résidus hydrophobes et hydrophiles entre le coeur et la surface des protéines. Ces résultats ont guidé la mise au point de fonctions correctives qui permettent de tenir compte de cette influence lors de la dérivation des potentiels. Par ailleurs, la définition d'une procédure générale de dérivation de potentiels et de termes de couplage a rendu possible la création d'une fonction énergétique qui tient compte simultanément de plusieurs descripteurs de séquence et de structure (la nature des résidus, leurs conformations, leurs accessibilités au solvant, ainsi que les distances qui les séparent dans l'espace et le long de la séquence). Cette fonction énergétique présente des performances nettement améliorées par rapport aux potentiels originaux, et par rapport à d'autres potentiels décrits dans la littérature.<p><p>Le deuxième aspect de notre travail concerne l'application de programmes basés sur des potentiels statistiques à l'étude de protéines qui adoptent des structures alternatives. La permutation de domaines est un phénomène qui affecte diverses protéines et qui implique la génération d'un oligomère suite à l'échange de fragments structuraux entre monomères identiques. Nos résultats suggèrent que la présence de "faiblesses structurales", c'est-à-dire de régions qui ne sont pas optimales vis-à-vis de la stabilité de la structure native ou qui présentent une préférence marquée pour une conformation non-native en absence d'interactions tertiaires, est intimement liée aux mécanismes de permutation. Nous avons également mis en évidence l'importance des interactions de type cation-{pi}, qui sont fréquemment observées dans certaines zones clés de la permutation. Finalement, nous avons sélectionné un ensemble de mutations susceptibles de modifier sensiblement la propension de diverses protéines à permuter. L'étude expérimentale de ces mutations devrait permettre de valider, ou de raffiner, les hypothèses que nous avons proposées quant au rôle joué par les faiblesses structurales et les interactions de type cation-{pi}. Nous avons également analysé une autre protéine soumise à d'importants réarrangements conformationnels: l'{alpha}1-antitrypsine. Dans le cas de cette protéine, les modifications structurales sont indispensables à l'exécution de l'activité biologique normale, mais peuvent sous certaines conditions mener à la formation de polymères insolubles et au développement de maladies. Afin de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la polymérisation, nous avons cherché à concevoir rationnellement des protéines mutantes qui présentent une propension à polymériser contrôlée. Des tests expérimentaux ont été réalisés par le groupe australien du Professeur S.P. Bottomley, et ont permis de valider nos prédictions de manière assez remarquable.<p><p><p><p>The work presented in this thesis concerns the computational study of the relationships between the sequence of a protein and its three-dimensional structure(s). The unravelling of these relationships has many applications in different domains and is probably one of the most fascinating issues in molecular biology.<p><p>The first part of our work is devoted to the development of statistical potentials derived from databases of known protein structures. These potentials allow to define a limited number of energetic functions embodying the complex ensemble of interactions that rule protein folding and stability (including some entropic contributions), and can be easily adapted to simplified representations of protein structures. However, their physical meaning remains unclear since several hypotheses and approximations are necessary, whose impact is far from clearly understood. We studied some of the limitations of these potentials: their dependence on the size of the proteins included in the database, the non-additivity of the different potential terms, and the importance of the specific environment of each residue. Our results show that residue-based distance potentials are affected by the size of the database proteins, and that this effect can be quite strong, is residue-specific, and seems to result mostly from the inhomogeneous partition of hydrophobic and hydrophilic residues between the surface and the core of proteins. On the basis of these observations, we defined a set of corrective functions in order to take protein size into account while deriving the potentials. On the other hand, we developed a general procedure of derivation of potentials and coupling terms and consequently created an energetic function describing the correlations between several sequence and structure descriptors (the nature of each residue, the conformation of its main chain, its solvent accessibility, and the distances that separate it from other residues, in space and along the sequence). This energetic function presents a strongly improved predictive power, in comparison with the original potentials and with other potentials described in the literature.<p><p>The second part describes the application of different programs, based on statistical potentials, to the study of proteins that adopt alternative structures. Domain swapping involves the exchange of a structural element between identical proteins, and leads to the generation of an oligomeric unit. We showed that the presence of “structural weaknesses”, regions that are not optimal with respect to the folding mechanisms or to the stability of the native structure, seems to be intimately linked with the swapping mechanisms. In addition, cation-{pi} interactions were frequently detected in some key locations and might also play an important role. Finally, we designed a set of mutations that are likely to affect the swapping propensities of different proteins. The experimental study of these mutations should allow to validate, or refine, our hypotheses concerning the importance of structural weaknesses and cation-{pi} interactions. We also analysed another protein that undergoes large conformational changes: {alpha}1-antitrypsin. In this case, the structural modifications are necessary to the proper execution of the biological activity. However, under certain circumstances, they lead to the formation of insoluble polymers and the development of diseases. With the aim of reaching a better understanding of the mechanisms that are responsible for this polymerisation, we tried to design mutant proteins that display a controlled polymerisation propensity. An experimental study of these mutants was conducted by the group of Prof. S.P. Bottomley, and remarkably confirmed our predictions.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Während man sich bislang auf die Gründe für die Entwicklung existierender Cluster konzentrierte, steigt das Interesse an den Prozessen, welche deren Entstehung bewirken. Diese unterscheiden sich jedoch von jenen zusammenhängen, welche ein reifes und dynamisches Cluster kennzeichnen (Bresnahan, Gambardella 2004, S. 842; Henn 2006b). Einige Beispiele haben gezeigt, dass Politik durchaus eine Rolle in der Entwicklung von Clustern spielen kann (z. B. Feldmann et al. 2005, S. 131; Dohse 2000b). Es herrscht jedoch Konsens, dass eine direkte Steuerung und Initiierung von Clustern „wishful thinking“ bleiben muss (Enright 2003, S. 104; Rosenfeld et al. 2006). Indes zeigen sich unternehmerische Akteure im Umfeld von Forschungseinrichtungen bevorteilt, wissenschaftliche Erkenntnisse in neuen Technologiefeldern zu verwerten. In jüngerer Zeit werden deshalb regionalisierte Innovationspolitiken implementiert, welche diesen Prozess unterstützen sollen. Über die Wirkungsweise und die Effekte einer solchen räumlich fokussierten Politik herrscht bislang jedoch noch Unklarheit (Raines 2002b, S. 8; Fromhold-Eisebith, Eisebith 2005, S. 1251; Kiese 03.10.2007). Diese Fragestellungen aufgreifend werden in der vorliegenden Arbeit anhand der Fallbeispiele Dresden und Leipzig die Prozesse der Clusterentstehung im Technologiebereich der Biotechnologie vor dem Hintergrund der Post-Transformationsphase Ostdeutschlands analysiert. Zudem wird die umfangreiche, regionalisierte Innovationspolitik des Freistaates Sachsen hinsichtlich ihres Beitrages bei der Clusterentstehung untersucht. Mit diesem Untersuchungsansatz wird ein Beitrag zur noch jungen Diskussion der Clusterentstehung geleistet sowie Einblick in die Wirkungsmöglichkeiten regionalisierter Innovationspolitik gegeben. Auf der Grundlage der theoretischen Diskussion zu Clustern und regionalisierter Innovationspolitik wird ein Untersuchungsmodell abgeleitet, welches sich an den multidimensionalen Analyserahmen Bathelts anlehnt (Bathelt 2002) und um die von Henn diskutierten Entstehungsdimensionen Ansiedlung, Lernen und Gründung erweitert (Henn 2006b). Schwerpunkt der empirischen Analyse ist ein Mix aus leitfadengestützten Interviews und quantitativer Analyse sozialer Netzwerke. Bei der Analyse zeigt sich, dass „klassische“ Erklärungsmuster zur Clusterentstehung teilweise auf Prozesse hinweisen, die sich so nicht feststellen lassen. Als wesentlich erweisen sich vor allem Gründungs- und Ansiedlungsprozesse. Zu ihrer Erklärung kann jedoch kaum auf einfache Standortfaktoren zurückgegriffen werden, vielmehr müssen Forschernetzwerke zur Erklärung herangezogen werden. Bei der Analyse der Effekte der regionalisierten Innovationspolitik zeigt sich, dass die Wirksamkeit maßgeblich von der Gestaltbarkeit und Anpassung der Politik an sich ändernde Governancebedingungen abhängt. Dies betrifft sowohl das regionale technologische Umfeld als auch die Region im Allgemeinen. Daneben 243 ist die Unterstützung der Erzeugung materieller Vorraussetzungen u. a. für den Erfolg von Ausgründungen, Ansiedlungen sowie von unternehmerischen Lernprozessen relevant. Diese müssen jedoch in flexible Strukturen eingebettet werden, die es zu entwickeln gilt. Dafür werden am Ende der Arbeit Handlungsempfehlungen aufgezeigt. / While focussing on the development of existing clusters there is a growing interest in those processes which lead to the emergence of clusters. Those differ from these ones which are typical for a ripe cluster (Bresnahan, Gambardella 2004, p. 842; Henn 2006). Several cases show that policy has an impact on the development of a cluster (z.B. Feldmann et al. 2005, p. 131; Dohse 2000). Though there is a consensus that wishing to stear or initiate a cluster is „wishful thinking“ (Enright 2003, p. 104; Rosenfeld et al. 2006). Entrepreneurs in the surrounding of research institutions are in an advantage commercialising knowledge in new technology fields. This is why regionalised innovation policies are implemented recently, which aim to support this process. The effects and mechanisms of such a spatially focused policy have yet to be clarified (Raines 2002, p. 8; Fromhold-Eisebith, Eisebith 2005, p. 1251; Kiese 3. Oktober 2007). Taking up this question in this thesis the process of emerging clusers is analysed in the field of biotechnology for the cases of Dresden and Leipzig under conditions of post-transformation in Eastern Germany. Further the influence of the complex, regionalised innovation policy of the Free State of Saxony is studied concerning the emgergence of clusters. The aim is to contribute to the discussion on emerging clusters as well as to point out the impact regionalised innovation policy can have. A research model is deduced from theoretical discussion on clusters and regionalised innovation policy. It refers to the multidimensional model of Bathelt (Bathelt 2002) and the relevant dimensions for the emergence process, settlements, learning and founding (Henn 2006). To implement this model among others a mix of semi-structured interviews and social network analysis is used. The analysis shows that “classical” explanations for emerging clusters can not be verified. Founding and settling processes of enterprises seem to be most important. A simple location factor based explanation does not give satisfying answers. Explanations have to take researcher-entrepreneurial networks into account. The analysis shows that the impact of regionalised innovation policy depends on a continual development and evolution of policy in accordance with a changing governance structure in the regional technological surrounding as in the overall region. Monetary support proves to be favourably for spin offs and settlements as well as for entrepreneurial learning processes. Those have to be embedded in flexible and developing governance structures.

Le génie tissulaire est un domaine interdisciplinaire qui applique les principes du génie et des sciences de la vie (notamment la science des cellules souches) dans le but de régénérer et réparer les tissus et organes lésés. En d'autres mots, plutôt que de remplacer les tissus et les organes, on les répare. La recherche en génie tissulaire est considérable et les ambitions sont grandes, notamment celle de mettre fm aux listes d'attente de dons d'organes. Le génie tissulaire a déjà commencé à livrer des produits thérapeutiques pour des applications simples, notamment la peau et le cartilage. Les questions sur la façon de réglementer les produits thérapeutiques qui sont issus du génie tissulaire sont soulevées à chaque nouveau produit. À ce jour, ces questions ont reçu peu d'attention comparativement aux questions éthiques associées aux recherches avec les cellules souches et les risques qu'engendrent les produits biologiques. Il est donc important d'examiner si le cadre normatif qui entoure la mise en marché des produits issus du génie tissulaire est approprié puisque de tels produits sont déjà disponibles sur le marché et plusieurs autres sont en voie de l'être. Notre analyse révèle que le cadre canadien actuel n'est pas approprié et le moment d'une reforme est arrivé. Les États-Unis et l'Union européenne ont chacun des approches particulières qui sont instructives. Nous avons entrepris une revue des textes réglementaires qui encadrent la mise en marché des produits issus du génie tissulaire au Canada, aux États-Unis et dans l'Union européenne et formulons quelques suggestions de réforme. / Tissue engineering is an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and the life sciences (including the science of stem cells) toward the development of biological substitutes that restore, maintain or improve tissue function. In other words, rather than being replaced, tissues and organs are repaired. Research in tissue engineering is important and ambitions are high, such as ending the waiting list for organ transplant. Tissue engineering has already started delivering therapeutic products for simple applications such as skin and cartilage. Questions on the way tissue engineered therapeutic products are regulated are raised with each new product. Until now, these questions have been given little attention compared to the ethical issues related to stem cell research and to the risks generated by biologics. It is therefore important to examine whether the regulatory framework is suitable since some tissue engineered products are already available on the market and others are soon to be marketed. Our analysis reveals that the Canadian regulatory framework is not suitable and the time is ripe for reform. The United States and the European Union have their own approaches that are instructive. We have undertaken a study of the regulatory premarket approval frameworks in Canada, United States and the European Union, and formulated suggestions for reform.