Thèses (M.A.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 15 août 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 82-87. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La chitine est le polymère le plus abondant sur Terre après la cellulose. Elle est une composante structurelle majeure de l'exosquelette des invertébrés et de la paroi cellulaire des champignons. Le chitosane, la forme désacétylée de la chitine, possède une grande variété d'activités biologiques incluant des propriétés antifongiques et antibactériennes, la stimulation des réactions de défense chez les plantes, des propriétés curatives, d'inhibition de croissance des tumeurs et des effets nutritionnels. Ses propriétés biologiques et physicochimiques font de lui un biopolymère très intéressant pour des applications dans plusieurs domaines tels l'agriculture, l'alimentation, la médecine, la cosmétologie, le textile et le traitement des eaux usées. Les carapaces de crevettes et de crabes sont largement utilisées comme matière première pour isoler la chitine. La préparation de la chitine provenant des carapaces de crevettes requiert la dissolution des minéraux et l'extraction des protéines et des lipides. En effet, les carapaces sont composées de protéines (-49%), de carbonate de calcium et autres sels (-36%), de lipides (-4%) et de chitine (-11%). Dans cette étude, les carapaces de crevettes utilisées étaient partiellement déprotéinées à l'aide d'enzymes. Les coûts et la sévérité des conditions associées à l'extraction de la chitine et sa transformation en chitosane limitent actuellement sa production. Un réexamen des étapes du procédé d'extraction de la chitine, la déminéralisation et la déprotéination, avec une emphase sur la valorisation des sous-produits extraits en utilisant des conditions plus douces conduiraient à une augmentation de l'utilisation des sous-produits de la crevette réduisant ainsi le problème de gestion de ces sous-produits. L'optimisation de la déminéralisation s'effectue avec de l'acide chlorhydrique (IN) avec un ratio soluté : solvant de 1 : 10 à température ambiante durant 10 minutes sous agitation. L'extrait minéral est composé principalement de chlorure de calcium (provenant de carbonate de calcium), mais aussi de l'acide phosphorique (provenant du phosphate tricalcique), du chlorure de magnésium (provenant du carbonate de magnésium), de chitosane (provenant de la chitine) et d'autres minéraux mineurs. Le calcium fut précipité sous forme de particules de carbonate de calcium d'un diamètre variant de 50 nm à 10 000 nm de différentes cristallinités (calcite, vatérite, aragonite ou dans un mélange de vatérite et d'aragonite modifiée) dépendamment de la présence ou de l'absence de SDS et de sonication durant la formation des cristaux. L'étape de déprotéination fut facilitée en augmentant la température de l'extraction. L'extractabilité des protéines augmente en présence de la sonication selon l'énergie fournie et la température mais avec des effets supérieurs à plus de 55°C. Les résultats suggèrent qu'il serait possible de déprotéiner entièrement les carapaces de crevettes à une température plus basse et dans des temps plus courts avec la sonication. Les protéines ainsi extraites seront moins dénaturées que lors d'une déprotéination standard à 100°C. Cette étude montre le fort potentiel d'obtention d'une variété de produits valorisés, en plus de la chitine, provenant des carapaces de crevettes, comparativement à une extraction utilisant des conditions plus sévères. / Chitin is the second most abundant natural polymer after cellulose, and is the major structural component of the exoskeleton of invertebrates and cell walls of fungi. Chitosan, the deacetylated form of chitin, exhibits many biological activities including antifungal, antibacterial properties, elicitation of plant defence reactions, wound-healing properties, tumour inhibition and nutritional effects. Its biological and physico-chemical properties make it an attractive biopolymer for applications in many areas such as food and agriculture, medicine, cosmetics, textiles and water treatment. Shrimp and crab shell wastes from the sea food industry are widely used for isolation of chitin. The preparation of chitin from shrimp shells, which is composed of proteins (-49%), calcium carbonate and other minerals (-36%), lipids (-4%) and chitin (-11%), involves dissolution of minerals and removals of proteins and lipids. In this study, shrimp shell was partially deproteinated by enzyme. The costs and harsh conditions associated with extraction of chitin and its transformation to chitosan currently limit their production. A re-examination of the processing steps, demineralization and deproteination, with a focus on recovering value-added products from shrimp waste using milder conditions can contribute to increased utilization of the waste and reduce the problem of waste disposal. Thus the objectives were: to determine optimal conditions for demineralization and the composition of the mineral extract; to prepare nanoparticulated calcium carbonate from the fractionated mineral extract; and to optimize deproteination with alkaline solution at lower temperatures using sonication. The optimization of demineralization was carried out with hydrochloric acid (IN) with a ratio solute : solvent of 1 : 10 at room temperature by agitating during 10 minutes. The mineral extract was composed principally of calcium chloride (derived from calcium cabonate in the shell); but also contained phosphoric acid (from tricalcium phophate), chitosan (from chitin), magnesium chloride (from magnesium carbonate), and other minor minerals. The calcium was precipitated as nanoparticles of calcium carbonate in sizes ranging from 50 nm to 10 000 nm in different crystalline morphologies (calcite, vaterite, aragonite or in a mixture of vaterite and modified aragonite) depending of the presence or absence of SDS and sonication during crystal formation. Deproteination step was facilitated by increasing the temperature of extraction. Extractability of protein increased with increase in sonication energy as well as temperature but with a greater effect above 55°C. Results suggest that it may be possible to deproteinate shrimp shells at lower extraction temperatures and times with sonication. The extracted proteins appear to be less denatured compared that obtained by conventional deproteination at high temperature of about 100°C. This study shows that there is high potential for obtaining various value-added products, in addition to chitin, from shrimp waste, rather than extraction of chitin alone using harsh processing conditions.

La demande actuelle croissante d’excipients multifonctionnels par les laboratoires pharmaceutiques, amène les fabricants de matières premières à développer de nouveaux matériaux pouvant répondre à ces critères de performance. Parmi les différents procédés disponibles pour de telles productions, les techniques de co-traitement sont les plus sollicitées. Considérant l’évaluation de la fonctionnalité de différents excipients désintégrants, l’objectif de cette thèse a été de développer un tel excipient, original, économiquement intéressant et pouvant être utilisé dans la fabrication de comprimés par compression directe.Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à étudier et à comparer la fonctionnalité de différents désintégrants commerciaux, en évaluant notamment l’influence des milieux réactionnels sur cette fonctionnalité.La chitine, deuxième polysaccharide naturel le plus abondant au monde, et présentant des propriétés physico-chimiques et pharmacotechniques pertinentes, a retenu notre intérêt. Un mélange co-processé, de chitine et de carbonate de calcium (CC) a été développée, et sa préparation optimisée afin de pouvoir disposer d’un matériau aux propriétés maîtrisées. Par des études conduites sur simulateur de compression, nous avons pu, d’une part, établir un profil complet de compression du CC, d’autre part, évaluer ses performances en compression directe en le formulant avec des proportions variables de composants actifs pharmaceutiques retenus comme traceurs modèles. Des études de stabilité ont enfin été réalisées, afin de déterminer ses meilleures conditions d’utilisation.Les résultats les plus marquants ont montré que la chitine présente une comprimabilité satisfaisante et des propriétés de désintégration qui ne sont pas influencées par l’environnement physico-chimique de la formulation. L’excipient co-processé CC a révélé des propriétés très intéressantes et notamment, une densité vraie et une coulabilité améliorées, par rapport à la chitine seule. Ses propriétés désintégrantes sont également particulièrement notables (comprises entre 2 et 5 s.). Son comportement en compression est par ailleurs très satisfaisant avec, une comprimabilité, une compressibilité et une compactibilité performantes; il est également à noter, que dans nos conditions de formulations, il n’a pas nécessité l'addition de lubrifiant. Les comprimés élaborés avec les composants actifs modèles ont fourni des profils de compression également performants et des aptitudes à la désintégration très satisfaisantes. Quant aux profils de dissolution pharmaceutique, ils ont révélé que, avec une teneur en CC égale à 30% m/m, la libération des actifs était rapide. Les études de stabilité conduites afin de définir les conditions optimales de conservation, ont montré que des précautions de température et d'humidité doivent être prises pour les produits formulés avec CC.L’excipient CC co-traité développé dans cette Etude présente toutes les caractéristiques d’un excellent excipient multifonctionnel (diluant, désintégrant, liant). Valorisant l’usage d’une matière première de base naturelle et très abondante (la chitine), facile à produire et économiquement rentable, il devrait pouvoir trouver un intérêt dans la formulation et la production de comprimés à dissolution rapide par compression directe. / Nowadays, there is an increasing demand for multifunctional excipients that replaces the need and use of multiple excipients. Pharmaceutical excipients coprocessing techniques represent important methods for new excipients development with enhanced functionalities. The objective of this thesis is to develop a cost-effective multifunctional excipient (filler-disintegrant-binder) used in tablet manufacturing by direct compression.In this thesis, we’ve studied and compared disintegrants functionality for different materials and evaluated the effect of media on their disintegrant’s functionality. In addition, chitin was chosen as a base to develop a multifunctional excipient used in direct compression as it showed a good and promising physicochemical and pharmaceutical properties. Chitin-Calcium carbonate (CC) coprocessed excipient was developed and its production was further optimized to ensure better powder properties and functionality. In addition, CC compression profile was established by studying its compression behavior under different conditions and formulating with active pharmaceutical ingredients to determine how it affects the formulation at different percentages. Finally, stability study was carried out to determine best conditions for the excipient handling.Results showed that chitin has good tabletability and disintegration properties that were not influenced by the physicochemical environment of the formulation. CC showed an enhancement in true density and flowability (that are considered as drawbacks for raw chitin use as an excipient) and fast disintegration (2-5s). The excipient had good tabletability, compressibility, compactibility, and it doesn’t need the use of a lubricant. CC showed a good compression profile at different manufacturing conditions (multiple lubrication levels, compression speeds and dwell times) while maintaining fast disintegration. It causes rapid disintegration and dissolution when formulated with active pharmaceutical ingredients starting from 30% w/w, and its inclusion was reflected positively on tablets strength. Stability studies showed that precautions on temperature and humidity conditions would need to be taken on CC formulated products. The results showed that the excipient serves as an excellent multifunctional excipient (filler, disintegrant, binder) used for fast disintegrating tablets produced by direct compression. It represents a cost-effective product that is efficient and easily produced at pilot plant and upon scale-up.

La chitine est l’un des biopolymères les plus abondants dans la biomasse. Son principal dérivé industriel est le chitosane. Ces deux polysaccharides présentent un intérêt croissant en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Leur utilisation en tant que matériaux est potentiellement intéressante dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la médecine, l’industrie alimentaire et l'agriculture. Malgré de nombreuses avancées dans les méthodes chimiques de production de la chitine et du chitosane, l'utilisation de solutions concentrées d'acides et de bases alcalines présente le désavantage de générer de grandes quantités d’effluents toxiques. Récemment, des méthodes d'extraction de la chitine par biotechnologie ont été proposées comme une alternative aux méthodes chimiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail a été de développer un procédé biotechnologique d’extraction de la chitine à partir de carapaces de crustacés à l’aide de bactéries lactiques et d’enzymes. A cette fin, les facteurs influençant les réactions mises en jeu au cours de l’extraction, telles que la déminéralisation, la déprotéinisation et la N-désacétylation ont été étudiés en considérant les caractéristiques physico-chimiques des chitines et chitosanes ainsi obtenus. Ces caractéristiques sont principalement les masses molaires moyennes et le degré de N-acétylation. Ce travail s’est également intéressé à la valorisation des sous-produits d’extraction (protéines, pigments…) et aux applications potentielles des différents chitosanes préparés, notamment comme agents fongistatiques. / The chitin is one of the most abundant biopolymers in biomass. Its main industrial derivative is the chitosan. These two polysaccharides present an increasing interest thanks to their various interesting physicochemical and biological properties. Their potential applications concern diverse fields as the pharmacy, medicine, food industry and agriculture. Despite numerous advances in methods for the chemical production of chitin and chitosan, the use of concentrated solutions of acids and alkaline bases presents the disadvantage to generate large amounts of toxic wastes. Recently, biotechnological methods of chitin extractions have been proposed as an alternative to chemical methods. In this context, the main objective of this work was to develop a biotechnological process for the extraction of chitin from crustacean shells using lactic acid bacteria and enzymes. For this purpose, factors influencing reactions involved in the extraction, i.e. the demineralization, deproteinization and N-deacetylation, were studied considering the physicochemical characteristics (molecular weight and degree of N-acetylation) of chitin and chitosan produced. The recovery of extraction side products such as proteins and pigments has also been considered in this project, as well as the evaluation of various chitosans prepared by this process as fungistatic agents.

La chitine est l'un des biopolymères les plus abondants dans la biomasse. Son principal dérivé industriel est le chitosane. Ces deux polysaccharides présentent un intérêt croissant en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Leur utilisation en tant que matériaux est potentiellement intéressante dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la médecine, l'industrie alimentaire et l'agriculture. Malgré de nombreuses avancées dans les méthodes chimiques de production de la chitine et du chitosane, l'utilisation de solutions concentrées d'acides et de bases alcalines présente le désavantage de générer de grandes quantités d'effluents toxiques. Récemment, des méthodes d'extraction de la chitine par biotechnologie ont été proposées comme une alternative aux méthodes chimiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail a été de développer un procédé biotechnologique d'extraction de la chitine à partir de carapaces de crustacés à l'aide de bactéries lactiques et d'enzymes. A cette fin, les facteurs influençant les réactions mises en jeu au cours de l'extraction, telles que la déminéralisation, la déprotéinisation et la N-désacétylation ont été étudiés en considérant les caractéristiques physico-chimiques des chitines et chitosanes ainsi obtenus. Ces caractéristiques sont principalement les masses molaires moyennes et le degré de N-acétylation. Ce travail s'est également intéressé à la valorisation des sous-produits d'extraction (protéines, pigments...) et aux applications potentielles des différents chitosanes préparés, notamment comme agents fongistatiques.

L’activation des réponses immunitaires des plantes repose sur la reconnaissance de motifs moléculaires associés aux pathogènes (aussi appelés PAMP) par des récepteurs de l’immunité, également nommés PRR (pattern recognition receptors). La chitine, principal composant de la paroi des champignons, est un PAMP bien caractérisé qui induit des réponses de défense aussi bien chez les mammifères que chez les plantes.La première partie de cette étude met en évidence que deux chito-oligosaccharides, la chitine et le chitosan, agissent comme des PAMP chez la vigne (Vitis vinifera) puisqu’ils induisent des évènements précoces de signalisation, l’expression de gènes de défense et une résistance contre des agents pathogènes. Ces résultats suggèrent que des systèmes de perception existent chez la vigne. Une analyse phylogénétique a permis d’identifier trois récepteurs kinases à domaine LysM (LysM-RK ou LYK) chez V. vinifera (VvLYK1-1, -2, -3) appartenant au même clade que le récepteur à la chitine chez Arabidopsis et nommé AtCERK1 (Arabidopsis thaliana Chitin Elicitor Receptor Kinase 1). Leur analyse fonctionnelle a été réalisée par complémentation du mutant d’Arabidopsis Atcerk1, affecté dans la perception de la chitine. Nos résultats montrent que VvLYK1-1 et VvLYK1-2, mais pas VvLYK1-3, complémentent fonctionnellement le mutant Atcerk1 en restaurant l’activation des MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases) et l’expression de gènes de défense induits par les chito-oligosaccharides. De plus, l’expression de VvLYK1-1 chez Atcerk1 restaure la résistance basale à l’agent de l’oïdium de la vigne (Erysiphe necator).La seconde partie du projet s’est focalisée sur les éliciteurs oligosaccharidiques de type « damage-associated molecular patterns (DAMP) ». Ces molécules endogènes peuvent provenir de la dégradation de la paroi lors d’une attaque et sont capables d’activer les réponses immunitaires de la plante. Les DAMP les mieux caractérisés actuellement sont les oligogalacturonates (OG), des fragments de pectine qui induisent des réponses immunitaires chez de nombreuses espèces végétales dont l’activation de MAPK, la production d’H2O2, l’expression de gènes de défense et le dépôt de callose. Nous avons montré dans cette étude que les xyloglucanes (Xh), des fragments d’hémicellulose pariétale purifiés, induisaient l’activation de MAPK et l’expression de gènes de défense chez la vigne et Arabidopsis, afin d’induire une résistance contre le champignon nécrotrophe Botrytis cinerea. Les Xh induisent également la production de resvératrol, une phytoalexine majoritaire chez la vigne, et un dépôt de callose chez Arabidopsis. Par une approche génétique, nous avons identifié certains composants de la signalisation induite par les Xh chez Arabidopsis. L’utilisation de mutants suggère que la résistance induite par les Xh contre B. cinerea est dépendante des voies de la camalexine, de l’acide salicylique, de l’acide jasmonique et de l’éthylène chez Arabidopsis. De manière globale, nos résultats mettent en lumière que les xyloglucanes peuvent être considérés comme de nouveaux éliciteurs de l’immunité chez la vigne et Arabidopsis. / Activation of the plant immune responses requires recognition of common pathogen-associated molecular pattern (PAMP) by their cognate pattern recognition receptors (PRR). Chitin, a major component of fungal cell walls, is a well-known PAMP that triggers defense responses in several mammal and plant species.In the first part of this study, we show that two chitooligosaccharides, chitin and chitosan, act as PAMPs in grapevine (Vitis vinifera) as they elicit immune signaling events, defense gene expression, and resistance against pathogens. These two PAMPs are active in grapevine suggesting that at least one perception system exists. Phylogenetic analysis clearly distinguished three V. vinifera LysM Receptor Kinases (VvLYK1-1, -2, -3) located in the same clade as the Arabidopsis Chitin Elicitor Receptor Kinase 1 (AtCERK1), which mediates chitin-induced immune responses. Their functional characterization was achieved by complementation assays in the Atcerk1 mutant, impaired in chitin perception. Our results provide evidence that VvLYK1-1 and VvLYK1-2, but not VvLYK1-3, functionally complement the loss of AtCERK1 function by restoring chitooligosaccharide-induced MAPK activation and immune gene expression. Moreover, expression of VvLYK1-1 in Atcerk1 restored penetration resistance to the non-adapted grapevine powdery mildew (Erysiphe necator).The second part of this study focused on damaged-associated molecular patterns (DAMP), endogenous molecules that can be released from the plant cell wall during an attack and activate the plant innate immunity. Until now, the best characterized DAMPs are oligogalacturonides (OG) coming from pectin fragments that induce innate immune responses in various plant species, including MAPK activation, H2O2 production, defense gene expression and callose deposition. In this study, we showed that purified xyloglucans (Xh), derived from the plant cell wall hemicellulose, elicit MAPK activation and immune gene expression in grapevine (V. vinifera) and Arabidopsis to trigger induced resistance against the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. Xh also elicit the production of resveratrol, the main grapevine phytoalexin, and callose deposition in Arabidopsis. Using a genetic approach, we identified some signaling components of Xh-induced immunity. The use of Arabidopsis mutants suggests that Xh-induced resistance against B. cinerea is dependent on the camalexin, salicylate, jasmonate and ethylene pathways. Taken together, our data highlight that Xh can be considered as new elicitors of grapevine and Arabidopsis immunity.

La pyriculariose, maladie causée par le champignon phytopathogène Magnaporthe oryzae, affecte gravement le riz qui constitue l'aliment de base de plus de la moitié de la population mondiale. La connaissance des mécanismes de résistance est nécessaire pour guider la sélection variétale. Au cours de ce travail, une synthèse de la littérature a permis de recenser plus de 60 gènes régulateurs du riz impliqués dans la résistance du riz à différents agents pathogènes. Nous avons complété ces données en étudiant le rôle in planta de huit de ces régulateurs. Un rôle central du facteur de transcription OsWRKY28 a pu être établi et le rôle du récepteur CEBiP a été démontré. Ce travail a aussi exploré l'éventuelle implication d'une nouvelle famille de récepteurs, les Wall-Associated Kinases (WAK) dans la résistance chez le riz. Ce travail montre l'implication des WAK dans la résistance à M. oryzae. Alors que la transcription de la plupart de ces gènes est induite au cours de l'infection, celle du gène WAK112d est réprimée. La régulation transcriptionnelle précoce observée pour certains gènes WAK est déclenchée par la chitine et sous contrôle partiel du récepteur CEBiP et d'OsWRKY28. L'étude de mutants d'insertion et de lignées de surexpression a permis de montrer le rôle positif de trois gènes WAK et le rôle négatif du gène WAK112d dans la résistance. Des approches biochimiques seront nécessaires pour comprendre le mode de fonctionnement de ces récepteurs et pour les relier aux autres systèmes de défense connus. / Rice blast disease, caused by the fungus Magnaporthe oryzae, is one of the most serious diseases on rice which is the staple food of more than the half of the world population. Improving our knowledge of resistance mechanisms is necessary to guide breeding programs. In this study, we reviewed over 60 rice gene regulators involved in resistance against various pathogens. We completed these data by analyzing the role of eight of these regulators. A pivotal role for the transcription factor OsWRKY28 has been established and the role of the CEBiP receptor in planta has been demonstrated. This work also shows the implication of some WAKs in rice blast resistance. Whereas the transcription of most of these genes is induced, transcription of the OsWAK112d gene is repressed upon infection. The early transcriptional regulation observed for some OsWAK genes is triggered by chitin and partially under CEBiP and OsWRKY28 regulation. Analysis of insertion mu tants and over-expressor lines revealed a positive role for three OsWAK genes and a negative role for OsWAK112d gene in rice blast resistance. Biochemical studies will be essential to understand how these receptors work and to connect them to other known defense systems.