Les fumonisines (FBs) sont les principales mycotoxines produites par Fusarium verticillioides et Fusarium proliferatum, qui se retrouvent partout dans le monde dans le maïs et ses produits dérivés. Les doses toxiques et les signes cliniques de toxicité provoqués par les FBs varient dune espèce à lautre. La toxicité des FBs est généralement liée à leur capacité à bloquer le métabolisme des sphingolipides chez les espèces animales, y compris chez les espèces aviaires. De précédentes études ont démontré que les canards présentent une plus grande sensibilité à la toxicité des FBs que les dindes, alors que laccumulation de sphinganine (Sa) dans les tissues est plus importante chez les dindes que chez les canards. Lobjectif de nos travaux était de comprendre les différences de toxicité entre les dindes et les canards los dune exposition aux FBs. Les trois hypothèses suivantes ont été explorées : i) La toxicocinétique de la fumonisine B2 chez les dindes et les canards. ii) La capacité des cellules aviaires à se protéger de limportante accumulation de sphingolipides libres en augmentant leur catabolisme (phosphorylation). iii) Des mécanismes de toxicité des FBs autre que leur altération via le métabolisme des sphingolipides (stress oxydatif et les réponses inflammatoires). Lanalyse des paramètres de toxicocinétique de la fumonisine B2 na pas mis en évidence de différence significative entre les dindes et les canards. Les mesures de la toxicité simultanée de plusieurs FBs chez les dindes et les canards ont confirmé la forte sensibilité des canards. Laccumulation de shingasine-1-phosphate (Sa1P) dans le foie a également été corrélée avec la quantité de Sa mais pas avec les paramètres hépatiques de toxicité. De plus cette étude a mis en évidence que la quantité de Sa dans le foie était fortement dépendante de la teneur en FBs. Cependant les FBs nont eu aucun effet sur les paramètres de stress oxydatif pour les deux espèces. De manière intéressante, les FBs ont eu une légère réponse inflammatoire chez les canards mais pas chez les dindes. Des investigations plus poussées sur les effets des FBs sur le métabolisme des céramides et sur les processus inflammatoires seraient nécessaires pour comprendre les différences de toxicité entre les dindes et les canards exposés aux FBs. / Fumonisins (FBs) are the major mycotoxins produced by Fusarium verticillioides and Fusarium proliferatum, which are found worldwide in maize and maize products. FBs toxic dose and clinical signs of toxicity vary from one species to another. FBs toxicity is commonly linked to their ability on blocking sphingolipids metabolism in all animal species, including avian species. Previous studies have demonstrated that ducks exhibit higher sensitivity to FBs toxicity than turkeys, whereas, the accumulation of sphinganine (Sa) in tissues is more pronounced in turkeys than in ducks. The objectives of our works were to investigate the causes which lead to different toxicity between ducks and turkeys to FBs exposure. The following three hypotheses were investigated: i) Toxicokinetics of fumonisin B2 in ducks and turkeys. ii) Ability of bird cells to protect themselves against high accumulation of free sphingolipids by increasing their catabolism (phosphorylation). iii) Other toxicity mechanisms of FBs rather than their alteration of sphingolipids metabolism (oxidative stress damage and inflammatory responses). The analysis of toxicokinetic parameters of fumonisin B2 did not provide a significant difference between ducks and turkeys. The measurement of simultaneous toxicity of FBs in ducks and turkeys confirmed higher sensibility of ducks. Also the accumulation of Sphingasine-1-Phosphate (Sa1P) in the liver correlated with the amount of Sa but not parameters of hepatic toxicity. Moreover, this study revealed that the amount of Sa in the liver was strongly dependent on the amount of FBs. On the other hand, FBs had no effect on oxidative damages parameters in both species. Interestingly, FBs had mild inflammatory response effect in ducks but not in turkeys. Further investigation on the effects of FBs on ceramide metabolism and inflammatory processes would be necessary to understand the different toxicity between ducks and turkeys to FBs exposure.

Les mycotoxines sont des métabolites secondaires des moisissures qui peuvent naturellement contaminer de nombreuses denrées alimentaires, notamment les céréales. Dans les travaux de thèse, nous nous sommes intéressés à deux mycotoxines majeures produites par des champignons du genre Fusarium, le Déoxynivalénol (DON) et la Fumonisine (FB). Les objectifs de la thèse ont été de déterminer les effets individuels et combinés d’une contamination en DON et FB chez le porc, une espèce cible et sensible aux mycotoxines. Les effets sur les fonctions immunitaires lors d’un challenge antigénique ainsi que sur les fonctions intestinales ont été évalués. Par ailleurs, dans le cadre d’un partenariat avec un industriel, nous avons évalué in vivo les effets de méthodes de détoxification par biotransformation et ciblant spécifiquement ces deux toxines. Chez le porc, l’ingestion d’aliments contaminés avec de faibles doses de mycotoxines (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) a provoqué des lésions tissulaires (foie, reins et poumons) et a fortement altéré la mise en place d’une réponse immunitaire spécifique de l’antigène (expression des cytokines, prolifération des lymphocytes et anticorps spécifiques). Les animaux ont été significativement plus affectés après la consommation du régime co-contaminé, et l’interaction a pu être considérée comme additive. De plus, les paramètres intestinaux examinés ont révélé des changements dans la morphologie, dans le profil de sécrétion des cytokines et dans l’adhésion cellulaire. L’interaction des deux toxines a pu ici être caractérisée comme moins qu’additive. Les approches de détoxification biologique proposées par l’industriel étaient basées sur la transformation par voie enzymatique du DON et des FB, à partir d’un microorganisme entier et d’une enzyme respectivement. La stratégie d’élimination des FB a suscité un intérêt plus important étant donné que cette méthode est non commercialisée et en cours de développement. Ainsi, la toxicité du produit d’hydrolyse de la FB1 (mycotoxine principale de la famille des FB) obtenu initialement par traitement enzymatique, a été comparée in vivo à celle de la molécule mère la FB1. Les résultats ont montré que l’hydrolyse de la FB1 réduisait fortement la toxicité hépatique et intestinale chez les porcelets. L’expérimentation animale avec le DON et la FB, seuls ou en combinaison a ensuite été reproduite afin de déterminer l’efficacité d’hydrolyse de ce procédé chez le porc après incorporation de l’enzyme dans les aliments contaminés. Dans ces aliments, le microorganisme entier ciblant le DON avait également été inclus. La nette diminution du marqueur d’exposition des FB et la neutralisation partielle ou totale des effets ont suggéré que le procédé avait fortement réduit la biodisponibilité des FB dans le tractus gastro-intestinal. Cette observation a aussi été en partie confirmée pour l’approche de dégradation du DON. La biotransformation par voie enzymatique des mycotoxines représente ainsi une stratégie biotechnologique prometteuse dans la lutte contre ces contaminants. / Mycotoxins are secondary metabolites of fungi that are natural contaminants of several commodities, in particular cereals. In the present work, we focused on two major mycotoxins produced by the Fusarium genus, Deoxynivalenol (DON) and Fumonisin (FB). The main objectives of the thesis were to determine the toxic effects of individual and combined DON and FB contamination in pig, a target species highly sensitive to mycotoxins. The effects on the immune functions following an antigenic challenge and also on the intestinal functions were evaluated. Besides, within the framework of an industrial partnership, we evaluated in vivo the effects of detoxifying methods by biotransformation and targeting specifically these two toxins. In pigs, ingestion of contaminated feeds with low doses of mycotoxins (DON, 3 mg/kg ; FB, 6 mg/kg) triggered tissular lesions (liver, kidneys and lungs) and strongly impaired the establishment of the antigenic immune response (cytokines expression, lymphocytes proliferation and specific antibodies). Animals consuming the cocontaminated diet were more affected and the interaction could be considered as additive. In addition, changes in morphology, in profile of cytokines secretion and in cell adhesion were observed at intestinal level. The interaction here could be characterized as less than additive. The biological detoxification approaches proposed by the industrial were based on the transformation by enzymatic way of DON and FB, from intact microorganism and enzyme respectively. We paid a particular attention to the strategy of FB removal as this method is not marketed and still in development. Therefore, the toxicity of the hydrolysis product of FB1 (major mycotoxin in the FB group) initially obtained by enzymatic way, was compared in vivo to the toxicity of the parent compound FB1. Results showed that the hydrolysis of FB1 strongly reduced the toxicity in piglets at intestinal and hepatic levels. The animal experiment with DON and FB, alone or in combination was then repeated in order to determine in pigs the hydrolysis efficiency of this process when enzyme was incorporated in contaminated feeds. In these feeds, the intact microorganism toward DON was also included. The marked decrease of the biomarker of exposure to FB and the partial or total counteraction of the effects suggested that the process had greatly reduced the FB bioavailability in the gastrointestinal tract. This observation was also in part confirmed for the method degrading DON. The biotransformation method of mycotoxins by enzymatic way represents therefore a promising biotechnological strategy in the control of these contaminants.

Philosophiae Doctor - PhD / Immunosensors are affinity ligand-based biosensor solid-state devices in which the immunochemical reaction is coupled to a transducer. The specificity of the molecular recognition of antigens by antibodies to form a stable complex is the basis of the immunosensor on the electrode. The development of such a sensor requires a better design and preparation of an optimum interface between the biomolecules and the detector material. The immunosensors were developed based on Polyaniline derivative composite. Novel water soluble PdTe quantum dots (QD) was synthesized and characterized by different physical techniques such as UV-Visible (UV-VIS), Fluorescence Spectroscopy (PL), Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM) and X-Ray Diffraction (XRD). The electroactivity of such synthesized quantum dots was studied by cyclic voltammetry in aqueous media. The synthesis of poly(2,5- dimethoxyaniline)-multi wall 'carbon nanotubes nanocomposite was carried out by electropolymerization in situ of 2,5-dimethoxyaniline - multi wall carbon nanotubes (PDMA-MWCNT) from aqueous dispersion containing acid-treated multi wall carbon nanotubes (MWCNT) and 2,5-dimethoxyaniline subsequently modifying a glassy carbon electrode in acid media. An undoped PDMA was also prepared for control. The composite for this work, consists of layer-by-layer method to form a multilayer film of QDs and PDMA-MWCNT. The method used was as follows; the drop coating of quantum dots followed by electrodeposition of poly(2,5- dimethoxyaniline )-carbon nanotubes onto surface of glassy carbon. The PDMA-CNT was characterized by UV-Visible (UV-Vis), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The electrochemical characterisation of PDMA-CNT was carried out using cyclic voltammetry (CV) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). The composite (QDs-PDMA-MWCNT) was also characterized using above mentioned techniques. The electrochemical immunosensor for fumonisin a mycotoxin was prepared by dropcoating of mycotoxins antibody onto the composite modified glassy carbon electrode. The response profiles of fumonisins sensors system were obtained from electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. The fumonisin immunosensor was used for the detection of fumonisins in certified com reference materials. For comparison reasons, analysis of such mycotoxins was carried out by using conventional analytical method enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). The EIS response of FBI immunosensor (GCEIPT-PDMA-MWCNT/anti-Fms-BSA) gave a linear range of 7 to 49 ng L-I and the corresponding sensitivity and detection limits were 0.0162 ka L ng-I and 0.46 pg L-I, respectively. Hence the limit of detection of GCEIPT-PDMA-MWCNT immunosensor for fumonisins in com certified material was calculated to 0.014 and 0.011 ppm for FBI, and FB2 and FB3, respectively. These results are lower than those obtained by ELISA, a provisional maximum tolerable daily intake (PMTDI) for fumonisins (the sum of FBI, FB2, and FB3) established by the Joint FAO / WHO expert committee on food additives and contaminants of 2 ug kg" and the maximum level recommended by the U.S. Food and Drug Administration (FDA) for protection of human consumption (2-4 mg L-I).

In Deutschland nimmt der Anbau von Bleichspargel (Asparagus officinalis L.) sechzehn Prozent der Gesamtgemüseanbaufläche ein. Die Qualitätssicherung von Spargel, insbesondere aber von geschältem (Convenience-) Spargel stellt wegen der hohen Stoffwechselaktivität nach der Ernte eine Herausforderung dar. Insbesondere gilt es, die Textur und die Inhaltsstoffe vor qualitätsmindernden Veränderungen und verderbsförderndem Pilzbefall zu bewahren. Als Verpackung dienen in der Regel Folienverpackungen, die aber oft für das empfindliche Gemüseprodukt nicht geeignet sind. Daher wurde der Einfluss von unterschiedlichen Folienverpackungen (vier Polypropylenfolien, zwei biologisch abbaubare Folien und ein Oberflächencoating) mit unterschiedlicher Permeabilität für Sauerstoff und Kohlendioxid auf die Veränderungen der Qualitätsparameter ( Farbe, Textur, Frischmasse, Trockensubstanz, Gerüstkohlenhydrate ( Pectine, Lignin, Hemicellulose, Cellulose, Saccharose, Fructose, Glucose) von nicht geschälten und geschälten Spargel unmittelbar nach der Ernte und nochmals nach drei (bzw. vier) Lagertagen (2°C, 10°C, 20°C Lagertemperatur) ermittelt. Direkt nach der Ernte und nach drei Lagertagen wurde bei 10°C und 20°C Lagertemperatur die Kontamination mit Pilzen und der eventuell damit verbundene Gehalt an Fumonisin B1 geprüft. Die Lagertemperatur von 10°C (2 d Lagerdauer) erwies sich als geeignet zur Qualitätserhaltung von Convenience – Spargel. Bei 2°C und 20°C geschältem Spargel waren die Pectinfraktionen, bei nicht geschältem Spargel war der Hemicellulosegehalt Veränderungen unterworfen. Die Veränderungen dieser Qualitätsparameter waren mit den Veränderungen der Textur korreliert. Die Spargelspitze ist bei der Lagerung (2°C und 20°C) stoffwechselaktiver, als die restliche Spargelstange. Es zeigte sich, dass das Verhältnis von O2 zu CO2 (RQ) in der Verpackungsfolie signifikanten Einfluss auf die Qualitätsparameter von geschältem Spargel ausübte. Die geringsten stoffwechselphysiologischen Veränderungen wurden bei einem RQ von 0,65 festgestellt. Folienverpackungen mit RQ von 0,03-0,65 hatten sich für das endophytische Pilzwachstum als hemmend erwiesen. Das Mykotoxin Fumonisin B1 wurden in gesundheitlich unbedenklichen Mengen (< 1,67 mg * kg TS-1) in nicht gelagerten und in gelagerten Spargelstangen nachgewiesen. / The production area of white asparagus comprises 16 % of all vegetable crops in Germany. The economic important asparagus (Asparagus officinalis L.) is known for its high quality loss in postharvest. In order to protect convenience asparagus, i.e. fresh-cut peeled white asparagus from rapid deterioration in respect to phytopathological fungi, nutritive and sensory compounds the commercial use of film packaging might be an important tool. However, the film packaging materials used commercially do often not fulfil product physiological concerns. Therefore, the influence of different film packaging materials (four polypropylene-films, two biological degradable films and one coating) with different permeabilities for CO2 and O2 was investigated for unpeeled and peeled white asparagus during storage (2, 3, and 4 days) at temperatures of 2°C, 10°C, 20°C. Changes in the following quality attributes were studied: colour, texture, fresh weight, dry weight, structural carbohydrates (pectic substances, lignin, hemicellulose, cellulose), mono- and disaccharides (fructose, glucose, sucrose). Moreover, at harvest and after three days of storage the contamination with fungi and the content of the mycotoxin Fumonisin B1 was observed. The tests for contamination of fungi were conducted with slight nutrient agar (SNA) for seven days at 20°C under 14 h UV light and 10 h darkness (Nirenberg, 1976) Quality changes were most inhibited at a storage temperature of 10°C for two days. The ratio of O2 to CO2 (RQ) within the film packaging had a pronounced effect on the quality attributes of peeled asparagus. Changes in dry weight, fresh weight, lignin content were low at a RQ of 0,65 (P-Plus 2 film), whereas the water-soluble/insoluble pectin ratio (1 : 0,8) remained constant during the entire storage period. A low correlation was found between texture and hemicellulose, glucose, sucrose and the ratio of water-soluble to insoluble pectin. The meristematic zone of the asparagus tip revealed a higher metabolic activity than other morphological parts of the spear. Endophytic fungi, e.g. Fusarium spp., a precursor of mycotoxin, was found in control asparagus spears. During storage, the development of Fusarium spp. could be inhibited by all film packaging revealing a RQ of 0,003 - 0,65. The mycotoxin Fumonisin B1 occurred in all asparagus spears (control and stored spears), however the content (< 1,67 mg * kg TS -1) did not reach health risk threshold values.