Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017 / L'obésité et son large spectre de maladies associées ont atteint des proportions pandémiques inquiétantes, soulignant la nécessité d’identifier des stratégies alternatives afin de lutter contre ce problème. À ce titre, les régimes riches en fruits et légumes représentent des déterminants bien établis d'une incidence plus faible de ces désordres métabolique. Grandement soutenus par des évidences épidémiologiques reliant les régimes riches en polyphénols et un meilleur état de santé, des efforts considérables ont été déployés afin d’étudier les bienfaits de ces métabolites secondaires des plantes. Malgré tout, les mécanismes par lesquels ces phytoéléments améliorent la santé métabolique demeurent encore mal compris, ce qui en justifie une étude plus approfondie. D’autre part, de plus en plus d’évidences indiquent que les bactéries intestinales exercent un important contrôle sur des aspects clés du métabolisme, et on comprend aujourd’hui que plusieurs phytoéléments de baies ont une biodisponibilité limitée, atteignant ainsi le colon qui abrite la plus vaste part du microbiote intestinal. Le travail présenté dans cette thèse vise donc à étudier l’impact de phytoéléments de baies sur le syndrome métabolique de souris soumises à une diète obèsogène et d’en comprendre le rôle du microbiote intestinal dans ces effets. En traitant quotidiennement ces animaux avec des extraits riches en polyphénols d'une gamme de baies aux compositions polyphénoliques variées, nous avons montré que les extraits les plus bioactifs (c.- à-d., canneberge, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry et camu camu) partagent la capacité de diminuer l'inflammation intestinale, l’entotoxémie métabolique, la stéatose hépatique et la résistance à l'insuline. L'analyse des populations microbiennes fécales par séquençage du gène 16S ARNr a révélé que l'état métabolique amélioré lié à l'administration de ces extraits était associé à un remodelage draconien du microbiote intestinal, marqué par une expansion d'Akkermansia muciniphila. Cette bactérie intestinale est fortement associée à un faible niveau d’adiposité chez l’humain et son administration à des souris obèses a été montrée suffisante pour renverser le syndrome métabolique. Par ailleurs, les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que les polymères de polyphénols, à savoir les proanthocyanidines et les ellagitannins, pourraient bien être des iv molécules clés dans les effets bénéfiques observés, ouvrant la voie à plus de recherche en ce sens. L’ingestion régulière de ces polyphénols par la consommation de canneberges, de cloudberry, d'alpine bearberry, de lingonberry et de camu camu représentent donc une stratégie efficace pour la prévention de désordres métaboliques associés à l’obésité. Cet ouvrage ouvre ainsi à de nouveaux concepts mécanistiques, ciblant l’axe intestin-foie et le microbiote intestinal pour expliquer les effets bénéfiques des polyphénols sur la santé métabolique. / Obesity and its wide spectrum of associated diseases have reached worrisome pandemic proportions, underscoring the need for alternative strategies to fight this problem. Plant-rich diets are well-established determinants of a lower incidence of obesity-related diseases, and fruits are important components of these diets. Supported by strong epidemiological evidence linking polyphenol-rich diets and better health status, research has been focused on the potential health effects of these plant secondary metabolites, albeit the mechanisms by which these poorly bioavailable phytonutrients improve metabolic health remains are not yet fully understood. Since there is compelling evidence for a relationship between host metabolic control and the gut microbiota, the work presented in this thesis aimed to investigate the impact of polyphenol-rich berry extracts on features of the metabolic syndrome in diet-induced obese mice. The work presented in this thesis also focuses on the relationship between putative gut microbial alterations driven by dietary polyphenols and its relevance to host metabolism. By daily treating dietinduced obese mice with polyphenol-rich extracts of a wide range of berries (with varied polyphenolic concentration and composition) we demonstrated that the most bioactive extracts (i.e., cranberry, cloudberry, alpine bearberry, lingonberry and camu camu) shared in common the ability to dampen intestinal inflammation and bacterial lipopolysaccharide leakage to systemic circulation, findings associated with reduced hepatic steatosis and improved insulin resistance. 16S rRNA genebased analysis of fecal DNA revealed that the improved metabolic status linked to the administration of these polyphenolic extracts was associated with a drastic gut microbial remodeling, marked by a consistent bloom of Akkermansia muciniphila. This gut bacterium is strongly associated with leanness in humans and its administration to obese mice reversed features of the metabolic syndrome. The findings presented in this thesis suggest that polymers of polyphenols, namely proanthocyanidins and ellagitannins, may have a superior impact on the gut-liver homeostasis, supporting further research on these particular classes of phenolic phytonutrients. While bringing evidence that substantiate the regular consumption of sources of proanthocyanidins and ellagitannins as a strategy to prevent prevalent chronic diseases associated with obesity, this work provides novel mechanistic insights pointing to the gut-liver axis and the gut microbiota as primary targets of dietary polyphenols in order to improve metabolic health.

Les plantes appartenant à la famille des Asparagaceae, notamment les asperges (Asparagus officinalis L.) contiennent une large gamme de molécules bioactives comme les polyphénols, les flavonoïdes et les saponines. Ces composés ont plusieurs propriétés santé : effets antioxydants, anticancéreux et cardioprotecteurs. De plus, la production d'asperge génère des quantités importantes de coproduits ce qui en fait un bon choix pour une valorisation par la production d’extraits bioactifs pour le marché des produits de santé. Dans cette étude, réalisée dans une optique de bioraffinage vert, nous utilisons seulement l’éthanol et l’eau sous des conditions optimales plutôt que les solvants pétrochimiques généralement adoptés en extraction de molécules bioactives et qui peuvent être nocifs pour la santé humaine. Les teneurs en polyphénols et flavonoïdes totaux ont été déterminées dans différents segments de la tige d'asperge (parties supérieure et inférieure), dans différentes variétés d’asperge ainsi que dans les coproduits de la variété Guelph Millenium. L’identification des polyphénols a été réalisée par UPLC-MS/MS et la quantification des saponines a été effectuée par une méthode spectrophotométrique. L'optimisation de l’extraction des polyphénols et des flavonoïdes a été accomplie en modulant la température, la concentration d'éthanol et le ratio solvant/soluté. Les résultats obtenus ont montré que les polyphénols présents dans l’asperge sont des flavonoïdes et des acides phénoliques avec une dominance pour la rutine (92%). Les polyphénols sont davantage concentrés dans la partie supérieure de l’asperge (1.15 %) et représentent 0.6 % pour les parties basales et 1.4 % pour les asperges de calibre inférieur, sur une base de matière sèche. Les paramètres d'extraction optimisés sont 80 % d’éthanol à 70 °C pour 3 heures avec un ratio soluté/solvant de 1:40. Cette étude ne se limite pas à protéger l’environnement en retirant des sites d’enfouissement des coproduits d’asperge, mais elle confère une valeur ajoutée à ces coproduits. Mots clés : Asperge, coproduits, optimisation, polyphénols, flavonoïdes, saponines, UPLCMS/MS. / Plants belonging to the family of Asparagaceae, especially asparagus (Asparagus officinalis L.) contain a wide range of bioactive molecules such as polyphenols, flavonoids and saponins. These compounds have several health properties: antioxidant, anticancer and cardioprotective effects. In addition to that asparagus production generates a significant amounts of co-products, making it a good choice for the valorisation through the production of bioactive extracts for the functional food market. In this study, carried out with a green biorefinery view, we used only ethanol and water under optimum conditions rather than other solvents sometimes adopted in extraction of bioactive molecules and which may be harmful for human health. Total polyphenol and flavonoid were determined in different segments of the asparagus stem (upper and lower parts), differents varieties of asparagus and co-products of the Guelph Millenium variety. Identification of polyphenols was performed by UPLC-MS/MS and quantification of saponins was performed by a spectrophotometric method. The optimization of the extraction of polyphenols and flavonoids was accomplished by modulating the temperature, the ethanol concentration and the solute/solvent ratio. The polyphenols present in asparagus are especially flavonoids and phenolic acids with a dominance for rutin (92%) .The polyphenols have been found to be more concentrated in the upper part of the asparagus stem (1.15 %) and represent 0.6 % for the basal parts of the stem and 1.4 % for the lower grade asparagus based on dry matter. The optimized extraction parameters are 80 % ethanol at 70 °C for 3 hours with a solute/solvent ratio of 1:40. This study is not limited to protect the environment by removing asparagus co-products from landfills, but adds values to these co-products. Key words : Asparagus, co-products, optimization, polyphenols, flavonoids, saponins, UPLC-MS/MS.

Au Québec, on retrouve près de 9000 ha de sols organiques cultivés dans la région de la Montérégie. Ces sols très fertiles produisent près de 50% des légumes de champs de la province. Toutefois, leur durée de vie est menacée par des processus de décomposition, de compaction et d'érosion causant des pertes de sol de l'ordre de 0,3 à 4,3 cm an$^\textup{-1}$. L'objectif de cette thèse était de développer et d'optimiser des stratégies de conservation des sols organiques cultivés basées sur des amendements en pailles, en copeaux de bois, en cuivre et en lignosulfonate dans le but de compenser et de réduire les pertes de sol causées par la décomposition. Afin de répondre à cet objectif, trois volets d'étude ont été développés : (1) fertilité chimique, (2) efficacité à compenser ou à ralentir la décomposition, et (3) fertilité chimique et efficacité en contexte de culture. Au volet 1, l'apport de cuivre a montré peu d'effet sur les paramètres liés à la décomposition. Les réductions les plus marquées mesurées au cours d'une incubation en pot et d'une expérience en colonnes ont été, respectivement, de 11% pour la teneur en carbone organique dissous et de 16% pour la teneur en azote organique soluble, alors que la recommandation en cuivre s'appuie sur une réduction de 70% de la décomposition. L'application de pailles et de copeaux de bois a un taux représentatif d'un apport de 9 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm a réduit de 57% la teneur en azote minéral et de 8% la teneur en phosphore au cours d'une incubation en pots de 56 jours. Au cours d'une expérience en colonnes, l'application d'une dose de 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporée sur 40 cm a réduit la teneur en azote minéral de 50% et la teneur en phosphore Mehlich-3 de 16% après 166 jours d'incubation. Au volet 2, une incubation en conditions contrôlées d'un sol humique et d'un sol mésique, tous deux représentatifs des deux extrémités du spectre de dégradation des sols organiques de la Montérégie, a permis d'estimer une fourchette d'émission potentielle de 0,7 à 7,3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour ces sols. Les applications de cuivre et de lignosulfonate n'ont pas réduit les émissions de CO₂ du sol humique, mais ont réduit celle du sol mésique de 37% et de 61%, respectivement. L'effet régulateur du cuivre et du lignosulfonate sur les émissions de CO₂ du sol mésique a toutefois été temporaire. L'application de pailles et de copeaux de bois sur ces sols a aussi permis d'estimer que de 52% à 81% du carbone appliqué avec les biomasses pourrait être conservé dans les sols après un an. Ces valeurs ont, à leurs tours, permis d'estimer une fourchette de besoin en biomasse de 2 à 32 t ha$^\textup{-1}$ an$^\textup{-1}$ pour maintenir la quantité de sol intact Au volet 3, une expérience en colonne a montré une absence d'effet à long terme du lignosulfonate sur le taux d'augmentation en azote minéral et sur l'activité microbienne totale, suggérant que ce produit n'a pas ralenti la vitesse de décomposition des sols testés. Le lignosulfonate a aussi eu des effets négatifs et positifs sur les rendements, mais ces effets n'ont pas pu être reliés à des variations marquées de disponibilité en azote et en phosphore, suggérant une action de ce traitement sur d'autres paramètres du sol. L'application de miscanthus et de pin pressé à un taux de 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporé sur 20 cm sans fertilisation additionnelle à la fertilisation de base a réduit la disponibilité en azote et les rendements d'épinard et de roquette de 4% à 46%. L'application de biomasse a aussi augmenté la teneur en matière organique des sols, bien que son effet sur le stock de carbone n'ait pas pu être quantifié. Ces résultats amènent à conclure que l'application systématique de cuivre n'est pas une approche efficace de conservation des sols organiques cultivés. Bien que l'application de lignosulfonate ait montré un potentiel à ralentir la décomposition, son effet régulateur ne semble pas pouvoir être généralisé à l'ensemble des sols organiques. En revanche, l'apport de pailles et de copeaux de bois s'est révélé prometteur pour compenser les pertes de sol causées par la décomposition. Un ajustement de la régie de l'azote devra toutefois être envisagé lors de l'implémentation de cette méthode afin de prévenir les carences et les chutes de rendement. / In the province of Quebec, nearly 9000 hectares of organic soils in the Montérégie region are dedicated to horticultural activities. These exceptionally fertile soils contribute to the production of approximately 50% of the province's field vegetables. However, their lifespan is under threat due to three degradation processes: decomposition, compaction, and erosion. These processes leading to annual soil losses ranging from 0.3 to 4.3 cm. The primary objective of this thesis was to develop and optimize strategies for conserving cultivated organic soils based on amendments with straw, wood chips, copper, and lignosulfonate in order to compensate for and reduce soil losses resulting from decomposition. This study was divided into three parts to address this objective: (1) chemical fertility, (2) efficiency, and (3) chemical fertility and efficiency in the context of cultivation. In the first part, the addition of copper showed little effect on decomposition-related parameters. The most pronounced reductions measured during jar incubation and column experiments were 11% for dissolved organic carbon content and 16% for soluble organic nitrogen content, while copper recommendations are based on a 70% reduction in decomposition. The application of straw and wood chips, at a rate representing 9 t ha$^\textup{-1}$ of biomass incorporated over 20 cm, reduced mineral nitrogen content by 57% and phosphorus content by 8% during a 56-day jar incubation. In a column experiment, the application of 30 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 40 cm reduced mineral nitrogen content by 57% and Mehlich-3 extracted phosphorus content by 8% after 166 days of incubation. In the second part, incubation under controlled conditions of a humic soil and a mesic soil, representative of the two ends of the degradation spectrum of organic soils in Montérégie, enable us to estimate a potential range of emissions of 0.7 to 7.3 t C-CO₂ ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$ for these soils. Copper and lignosulfonate applications did not reduce CO₂ emissions from the humic soil but reduced emissions from the mesic soil by 37% and 61%, respectively. However, the regulatory effect of copper and lignosulfonate on CO₂ emissions from the mesic soil was temporary. Moreover, the application of straw and wood chips to these soils allowed us to estimate that between 52% and 81% of the carbon applied with the biomass could be retained in the soil over the course of a year. These findings led to biomass requirements estimation ranging from 2 to 32 t ha$^\textup{-1}$ yr$^\textup{-1}$. In the third part, a column experiment demonstrated the absence of a long-term effect of lignosulfonate on the rate of increase in mineral nitrogen and total microbial activity, suggesting that this product did not slow down the decomposition rate of the tested soils. Lignosulfonate also had both negative and positive effects on yields, but these effects could not be explained by the observed variations in nitrogen and phosphorus availability, suggesting an action of this treatment on other soil parameters. Furthermore, the application of miscanthus and pressed pine at a rate of 15 t ha$^\textup{-1}$ incorporated over 20 cm without additional fertilization beyond the standard resulted in reduced nitrogen availability and decreased yields of spinach and arugula by 4% to 46%. Biomass application also increased soil organic matter content, although its effect on soil carbon stock could not be quantified. These findings lead to the conclusion that the systematic application of copper is not an effective approach for conserving cultivated organic soils. While the application of lignosulfonate has shown potential in slowing decomposition, its regulatory effect does not appear universally applicable to all organic soils. Conversely, the repeated application of straw and wood chips has demonstrated promising for compensating soil losses caused by decomposition. However, modification in nitrogen management should be consider when implementing this method to prevent deficiencies and crop yield decrease.

L'alimentation influence considérablement le microbiote intestinal. Les régimes obésogènes augmentent les bactéries opportunistes, diminuent la diversité bactérienne et perturbent la barrière intestinale, entraînant des réponses inflammatoires dues aux endotoxines. Maintenir l'équilibre du microbiote est vital pour la santé. Les prébiotiques, notamment les oligosaccharides non digestibles et de nouveaux composés comme les polyphénols et les fructooligossacharides de l'*Agave tequilana* (agavines), sont essentiels pour réguler le microbiote. Ainsi, ce projet avait pour objectif principal d'évaluer l'impact de la consommation de polyphénols de canneberge, des agavines et de leur combinaison sur l'inflammation de bas grade et l'endotoxémie métabolique dans un contexte du risque cardiométabolique, tout en explorant leur impact sur la fonction de la barrière intestinale et le microbiote intestinal. Le premier volet du projet, une étude chez des souris nourries à une diète obésogène a révélé que la supplémentation orale en polyphénols de canneberge et en agavines améliore la réponse immunitaire intestinale, la composition du microbiote, la fonction barrière intestinale, l'inflammation et le métabolisme du glucose chez les souris supplémentées aux composés bioactifs. En revanche, une étude clinique menée sur des adultes à risque cardiométabolique n'a pas démontré de modifications significatives des marqueurs de glucose, de l'inflammation de bas grade, de l'endotoxémie métabolique ou du microbiote lors de la comparaison des groupes supplémentés aux différents composés bioactifs. Néanmoins, deux réponses distinctes à la supplémentation ont été observées en classant les participants en deux groupes différents (M1 et M2) selon leurs profils d'acides gras volatils fécaux et de la composition de leur microbiote. Plus particulièrement, le groupe M1 a présenté une augmentation des acides gras à chaîne courte (AGCC) accompagnée d'une diminution des acides gras à chaîne branchée (AGCB) après l'intervention par rapport au groupe M2. Quant au microbiote, le groupe M1 a montré des niveaux nettement plus élevés de *Bacteroides* et de *Ruminococcus* avant l'intervention par rapport groupe M2. Après l'intervention, ce deuxième groupe a été le seul à enregistrer des augmentations significatives de certaines bactéries intestinales, telles que *Bacteroides uniformis*, *Lachnospira NK4A136*, *Oscillibacter* et *Parabacteroides merdae*. Cette étude souligne l'importance de la variabilité individuelle dans la réponse à la supplémentation en polyphénols de canneberges, agavins et leur combinaison. Cela indique que la prise en compte de l'hétérogénéité de la réponse à un traitement est essentielle pour mettre en évidence les effets des interventions nutritionnelles. / Diet significantly influences the intestinal microbiota. Obesogenic diets increase opportunistic bacteria, reduce bacterial diversity, and disrupt the intestinal barrier, leading to inflammatory responses caused by endotoxins. Maintaining the balance of the microbiota is crucial for health. Prebiotics, including non-digestible oligosaccharides and emerging compounds such as polyphenols and fructooligosaccharides from *Agave tequilana* (agavins), are essential for regulating the microbiota. Thus, the primary aim of this project was to evaluate the impact of cranberry polyphenols, agavins, and their combination on low-grade inflammation and metabolic endotoxemia in the context of cardiovascular risk, while exploring their influence on intestinal barrier function and the intestinal microbiota. The initial phase of the project, involving a study on mice fed an obesogenic diet, revealed that oral supplementation of cranberry polyphenols and agavins improved intestinal immune response, microbiota composition, intestinal barrier function, inflammation, and glucose metabolism in mice supplemented with the tested bioactive compounds. However, a clinical study conducted on adults predisposed to metabolic syndrome did not demonstrate significant modifications in glucose markers, low-grade inflammation, metabolic endotoxemia, or microbiota within the entire study cohort. Nevertheless, two distinct responses to supplementation were observed when categorizing participants into two different profiles based on their fecal volatile fatty acid profiles and microbiota composition (M1 and M2). Specifically, the M1 sub-group showed an increase in short-chain fatty acids (SCFA) accompanied by a decrease in branched-chain fatty acids (BCFA) post-intervention compared to M2 sub-group. Regarding the microbiota, the M1 sub-group exhibited markedly higher levels of *Bacteroides* and *Ruminococcus* before the intervention compared to the M2 sub-group. After the intervention, the second group was the only one to record significant increases in certain intestinal bacteria, such as *Bacteroides uniformis*, *Lachnospira NK4A136*, *Oscillibacter and Parabacteroides merdae*. This study emphasizes the importance of individual variability in response to cranberry polyphenols and agavins supplementation. It suggests that considering individual variability is crucial for elucidating the effects of nutritional interventions.

Plusieurs facteurs peuvent limiter la capacité, ou le désir, d’un individu d’effectuer un exercice physique. Entre autres, la perception de la difficulté de l’effort et une faible résistance à la fatigue peuvent limiter la performance tant chez des athlètes d'élite que des individus sédentaires. Les athlètes, les entraîneurs, les médecins et autres intervenants sont donc continuellement à la recherche d’interventions pouvant améliorer la capacité à l’effort et la résistance à la fatigue neuromusculaire. De nombreux travaux démontrent que l'augmentation de l'apport en substrat énergétique au niveau du muscle actif et des niveaux de la machinerie métabolique, soit des activités à la hausse d’enzymes clés impliquées dans le métabolisme énergétique, pourraient réduire les effets néfastes d'une activité physique inhabituelle, améliorant ainsi la tolérance à l'exercice et la performance globale. Cette performance est souvent évaluée au moyen de la puissance aérobie maximale (PAM), soit la quantité de travail produit au niveau du muscle squelettique dans les conditions de consommation maximale d’oxygène au niveau de l’organisme dans son ensemble. La résistance à la fatigue est, de son côté, souvent évaluée par la durée ou le travail total qui peut être fournit dans un effort d’intensité dans le temps. Outre l’entraînement, l’apport nutritionnel, incluant l’utilisation de compléments nutritionnels, peut également améliorer la résistance à la fatigue et la PAM globale en modifiant, entre autres, le potentiel métabolique des muscles squelettiques. Le complément alimentaire Blue Calorad® (BC) est un breuvage contenant du collagène de milieu marin hydrolysé, de l'extrait de myrtille et des polyphénols combinés dans une formule brevetée. Il a été rapporté que ce médicament réduit le stress induit par l'exercice, améliore l'endurance et la récupération grâce à des effets antifatigue. Ces allégations proviennent cependant des rapports anecdotiques des consommateurs. Par conséquent, une évaluation objective des effets et des mécanismes potentiels sous-jacents de ces effets s’impose. Il est plausible que le Blue Calorad® ait des effets sur la performance car, individuellement, les ingrédients du produit, dont les bleuets, le collagène et les polyphénols, amélioreraient la santé et la capacité d'exercice chez des modèles humains et animaux en bonne santé. Les adaptations physiologiques aiguës et chroniques induites par ces éléments modulent certains mécanismes qui se révèlent limitants pour la performance. L'étude présentée dans l’article de ce mémoire a examiné l’hypothèse selon laquelle le Blue Calorad® agit de la sorte. Nos résultats démontrent que la consommation ad libitum de Blue Calorad®, pendant une durée de 5 semaines chez des rattes non entraînées, permet d’augmenter leur performance sur tapis roulant en ralentissant l’apparition de la fatigue. Cette amélioration de la performance n’a pas été accompagnée iv de changements significatifs des paramètres physiologiques choisis, soient la composition corporelle, certaines variables plasmatiques, le glycogène musculaire et plusieurs éléments de la machinerie musculaire squelettique des métabolismes anaérobie et aérobie. Ces résultats appuient les rapports anecdotiques des consommateurs du produit et suggèrent que le Blue Calorad® pourrait produire un effet ergogénique chez l’humain, bien que les mécanismes de son action demeurent inconnus. / Maximal aerobic power (MAP), the ability of the muscles to use oxygen received from the heart and the lungs to produce energy, is an important determinant of performance among both athletes at the elite level and sedentary individuals seeking to partake structured physical activity. Athletes, coaches, physicians and others use varied interventions to enhance performance, with the goal of delaying the onset of fatigue. Many authors have suggested that increasing energy supply and upregulating activities of key enzymes involved in the skeletal muscle metabolism could mitigate the deleterious impact of unaccustomed physical activity thereby improving exercise and overall performance. Aside from physical training, a well-structured and balanced nutrition plan may also enhance exercise tolerance and overall MAP by altering anaerobic and aerobic skeletal muscle metabolic potential. Blue Calorad® (BC), is a liquid dietary supplement containing marine hydrolyzed collagen, blueberry extract, and polyphenols combined in a proprietary formula, which has been reported to reduce exercise-induced stress and enhance endurance and recovery via its potential anti-fatigue effects. Claims surrounding this product are based solely on anecdotal evidence provided by consumers and therefore, potential mechanisms behind its effects have yet to be discovered. BC has yet to be tested in humans. However, blueberries, collagen and polyphenols have been reported to enhance health and exercise capacity in both healthy human and animal models. The acute and chronic physiological adaptations induced by these elements mimic some of the mechanisms that prove to be limiting to overall physical performance and when enhanced these could thereby potentiate the effects of an increased performance. The study presented later in this paper examined this hypothesis. Our results suggest that ad libitum consumption of BC over a 5-week period in sedentary female rats increases performance during two MAP tests. Although the BC supplementation did not clearly enhance the chosen physiological parameters such as body composition, plasma variables, muscle glycogen and ultimately anaerobic and aerobic mechanisms related to skeletal muscle metabolic potential, the increased performance responses could prove beneficial to sedentary individuals or those seeking to newly partake in a physical activity regime.

Le projet de maîtrise présenté dans ce mémoire avait pour objectif de vérifier les effets d’un supplément d’extraits riches en polyphénols provenant de fraises et de canneberges, sur la sensibilité à l’insuline et sur divers marqueurs du métabolisme du glucose et de la santé cardiométabolique d'hommes et de femmes en surpoids et résistants à l'insuline. Pour ce faire, un total de 41 sujets ont consommé pendant 6 semaines un supplément liquide fournissant 330 mg de polyphénols par jour ou un placebo. Un clamp hyperinsulinémique-euglycémique ainsi qu’un test de tolérance au glucose ont été réalisés en pré et post-intervention. Les résultats obtenus révèlent que la consommation régulière de polyphénols de petits fruits peut améliorer la sensibilité à l’insuline périphérique et prévenir une hausse de l’hyperinsulinémie compensatoire, ce qui représente ainsi une approche alternative intéressante en vue d’améliorer le profil métabolique de sujets à risque de développer le diabète.

Les forêts du sud-ouest de la province de Québec, Canada, sont riches en essences feuillues dites nobles telles que le bouleau jaune (Betula alleghaniensis) et l’érable à sucre (Acer saccharum). Leur exploitation antérieure a généralement été basée sur une coupe à diamètre limite visant la récupération des billes de grande valeur. Une telle pratique, avec le temps, a amené une diminution générale de la vigueur des arbres sur pied en forêt. La réglementation actuelle oblige les exploitants forestiers à récolter préférentiellement les arbres de faible vigueur de manière à rétablir la qualité des forêts. Ces arbres de faible vigueur, souvent de faible qualité, possèdent généralement une faible valeur économique. La pertinence de l’ajout d’une étape d’extraction chimique à l’éthanol des tissus de bois et de l’écorce dans les procédés de transformation de la matière déjà existants a été étudiée dans ce mémoire. Plus spécifiquement, les travaux visaient à évaluer le potentiel d’une telle stratégie appliquée à la transformation des arbres de faible vigueur. Du bois et de l’écorce provenant d’arbres vigoureux (références) et non-vigoureux mourants (infectés par des champignons ou séchant du houppier) ont été extraits à l’éthanol à l’aide de deux méthodes différentes : par macération et par extraction assistée aux ultrasons. D’une part, les extraits ont été étudiés pour leur contenu en polyphénols (phénols totaux, taux de proanthocyanidines, de flavonoïdes et d’acides hydroxycinnamiques) et en triterpènes et phytostérols. D’autre part, les tissus ont été étudiés avant et après extraction pour leur pouvoir calorifique supérieur, leur composition chimique organique, leur contenu en cendres, ainsi que la composition chimique des cendres. Bien qu’une variation soit observée entre les différents arbres, les extractions n’affectent pas les capacités de combustion des tissus. Elles peuvent en outre constituer un apport notable de polyphénols, de triterpènes et de stérols possédant un potentiel économique dans les domaines nutraceutique, pharmaceutique ou cosméceutique, et ce, peu importe la vigueur des arbres à la source des tissus ou la méthode d’extraction utilisée. L’extraction du bois et de l’écorce de bouleaux jaunes et d’érables à sucre de faible vigueur peut donc être envisagée dans une stratégie de transformation à valeur ajoutée de la ressource. / Forests of South-West Québec, Canada, are rich in yellow birch (Betula alleghaniensis) and sugar maple (Acer saccharum). Past forest practices were aiming to harvest the superior quality and higher value logs via selective cuttings, which resulted in a decrease of the general vigor of the trees left standing in the forests. Current regulations require the foresters to harvest preferentially low vigor trees in order to restore the quality of the forests. These low vigor trees, which are often less suitable for value-added products such as flooring or furniture, are also generally of a low economic value. The addition of an ethanolic extraction of the wood and bark tissues to a currently applied processing approach was studied in order to assess its feasibility with trees of different vigor. Wood and bark tissues were collected from vigorous (references) and non-vigorous dying trees (fungus infected or with very poor foliage) and were extracted with ethanol using two different methods: maceration assisted and an ultrasound assisted extraction. The extracts were characterized for their total phenols, proanthocyanidins, flavonoids, hydroxycinnamic acids, triterpenes and phytosterols content. Tissues were characterized before and after extraction for their calorific value, organic composition, ash content and ash mineral composition. While much variation was observed between trees, the ethanolic extractions did not affect the combustion properties of the tissues, while bringing a significant contribution in polyphenols, triterpenes and phytosterols - all molecules having potential applications in nutraceutics, pharmaceutics or cosmeceutics - no matter the vigor of the tree at the source of the tissues or the extraction method employed. The ethanolic extraction of wood and bark coming from low vigor yellow birch and sugar maple can be considered as a mean to add value to the resource.

Candida albicans est un mycète pathogène opportuniste associé à des infections superficielles et systémiques, en particulier chez les individus immunologiquement ou médicalement compromis. C. albicans est notamment responsable de candidoses buccales et de stomatites prothétiques. De plus, les lésions buccales ulcéreuses (mucosites buccales) résultant de traitements de chimiothérapie et de radiothérapie sont sensibles aux infections secondaires à C. albicans. Ce mycète possède une multitude de facteurs de virulence lui permettant de coloniser l’hôte, de déjouer les défenses du système immunitaire et d’induire un phénomène inflammatoire. Actuellement traitées avec des antifongiques tels que le nystatin et le fluconazole, les infections à C. albicans sont de plus en plus difficiles à guérir, en raison de l’augmentation de la résistance du pathogène à ces molécules. Le but du projet de recherche consiste à évaluer dans un premier temps les effets de l’huile essentielle et des proanthocyanidines de cannelle sur la croissance et les principaux facteurs de virulence de C. albicans. En second lieu, les effets des mêmes composés sur les cellules épithéliales buccales ont été étudiés / Candida albicans is an opportunistic pathogenic fungus associated with superficial and systemic infections, particularly in immunologically or medically compromised individuals. C. albicans is particularly responsible for oral candidiasis and denture stomatitis. In addition, ulcerative oral lesions (oral mucositis) resulting from chemotherapy and radiotherapy treatments are susceptible to secondary infections by C. albicans. This fungus has a multitude of virulence factors allowing it to colonize the host, to counteract the defenses of the immune system and to induce an inflammatory response. Currently treated with antifungals such as nystatin and fluconazole, candidiasis infections are increasingly difficult to cure, due to the increased resistance of the pathogen to these molecules. The purpose of the research project was to evaluate the effects of cinnamon essential oil and proanthocyanidins on the growth and major virulence factors of C. albicans. Moreover, the effect of the same compounds on oral epithelial cells was investigated.

L'obésité est une maladie associée à de nombreux désordres métaboliques tels que le diabète de type 2, la dyslipidémie, les maladies hépatiques et cardiovasculaires ainsi que la dysbiose intestinale. L'ensemble de ces désordres peut fortement affecter la qualité et l'espérance de vie des individus qui en sont atteints. À l'heure actuelle, l'augmentation dramatique du nombre de personnes touchées par l'obésité démontre notre inefficacité à prévenir et combattre ces troubles par la pharmacopée. La mise en marché par l'industrie de diètes prétendues miraculeuses se traduit la plupart du temps en une prise de poids et des altérations métaboliques à long terme chez ceux qui en font usage. À cela, s'ajoute l'environnement obésogène dans lequel nous évoluons qui contribue à alimenter cette problématique. Il est donc primordial de trouver des stratégies alternatives ou complémentaires pour améliorer la santé de nos populations. Dans les dernières années, le microbiote intestinal qui représente l'ensemble des microorganismes peuplant le tube digestif est apparu comme une cible d'intervention potentielle pour combattre l'obésité et ses désordres métaboliques. De nombreuses évidences ont démontré la capacité du microbiote intestinal de contribuer à notre propension à développer, ou à être protégé, contre l'obésité et les désordres associés. La majorité des polyphénols provenant de fruits qui font notamment partie d'une saine alimentation ne sont pas absorbés au niveau du petit intestin permettant ainsi leur contact direct avec l'importante charge bactérienne peuplant le tube digestif inférieur de l'hôte. Par conséquent, de nombreux effets métaboliques désirables sont générés grâce à ces multiples interactions. Dans cette thèse, nous avons d'abord évalué l'effet préventif de diverses fractions d'extraits polyphénoliques de fruits sur le développement de désordres métaboliques associés à l'obésité. Nos données suggèrent que les proanthocyanidines (PAC) présents dans les bleuets sauvages sont impliqués dans les effets bénéfiques de ce petit fruit. En effet, nous avons observé, chez les souris soumises à une diète obésogène recevant les PAC de bleuets sauvages, une amélioration de la tolérance au glucose, une restauration partielle de l'intégrité de la paroi de l'épithélium intestinale et des changements dans la composition du microbiote intestinal. Nous avons ensuite étudié l'effet de l'environnement sur le développement d'un phénotype métabolique associé à une diète obésogène et la colonisation du microbiote intestinal dans divers contextes. Dans un premier temps, nous avons démontré que l'environnement postnatal prédomine sur l'environnement prénatal afin de déterminer le risque de développer des désordres métaboliques à l'âge adulte, et ce, en utilisant une technique d'adoption croisée. Il est intéressant de constater que les effets observés en période postnatale étaient fortement dépendants du sexe de l'animal. Cet important dysmorphisme sexuel nous a également permis de souligner l'importance d'évaluer l'effet d'une intervention nutritionnelle autant chez les mâles que chez les femelles lors de l'utilisation de modèles animaux. Dans un deuxième temps, l'hébergement de souris axéniques colonisées avec le contenu fécal de souris donneuses soumises à une diète obésogène et traitées avec des PAC de canneberge dans deux environnements distincts (SPF vs GF) a révélé l'importance de ces derniers. En effet, nous avons observé une exacerbation de l'accumulation de triglycérides au foie associée à une diète obésogène chez les souris hébergées dans le secteur SPF tandis que les souris hébergées dans le secteur GF présentaient des améliorations de ce paramètre par rapport à leur groupe contrôle, et ce, même si les souris étaient colonisées avec le même contenu fécal. Nos résultats suggèrent ainsi que l'environnement externe exerce une forte pression sur le microbiote intestinal et est capable d'influencer le développement d'un phénotype métabolique associé à la transplantation d'un même contenu fécal. Ces résultats mettent également en évidence l'importance de standardiser l'utilisation de technique de transfert du microbiote intestinal dans des modèles de souris axéniques afin d'assurer la reproductibilité des résultats en recherche fondamentale. / Obesity is associated with several metabolic disorders such as type 2 diabetes, dyslipidemia, liver and cardiovascular diseases as well as intestinal dysbiosis who strongly affect life expectancy of individuals suffering from them. The dramatic increase of people with obesity demonstrates our inability to prevent and treat these disorders through pharmacopoeia. The use of so-called miracle diets promoted by the industry often results in weight gain and long-term metabolic alterations in individuals. In addition, the obesogenic environment in which we evolve contributes to forge this issue. It is therefore essential to find alternative or complementary strategies to improve the health of our populations. In recent years, the intestinal microbiota, which represents all microorganisms that inhabit the digestive tract, has emerged as a potential target to prevent and treat obesity-associated metabolic disorders. Many evidence have demonstrated the contribution of the intestinal microbiota to our susceptibility to develop, or to be protected, against obesity-associated disorders. Polyphenols, which are part of a healthy eating, are not absorbed in the upper part of the intestine allowing their direct contact with the host and intestinal bacteria. Many desirable metabolic effects are generated due to these multiple interactions. In this thesis, we first evaluated the preventive effect of different fractions of fruit polyphenolic extracts on the development of obesity-associated metabolic disorders. Our results suggest that proanthocyanidins (PAC) present in wild blueberries are responsible for the beneficial effects of this small fruit. Indeed, we observed in mice submitted to an obesogenic diet receiving wild blueberry PAC an improved glucose tolerance, a partial restoration of the intestinal epithelium integrity and changes of the intestinal microbiota composition. We then studied the effect of the environment on the development of a metabolic phenotype associated with an obesogenic diet and the colonization of the intestinal microbiota in various contexts. We first demonstrated using a cross-fostering technique that postnatal environment can over ride prenatal environment in determining the risk of developing metabolic disorders in adulthood. Interestingly, the effects observed in the postnatal period were highly dependent on the sex of the mice. This strong sexual dysmorphisme observed highlighted the importance of assessing the effect of a nutritional intervention in both males and females when using animal models. In another study, housing axenic mice colonized with the fecal content of donor mice subjected to an HFHS diet and treated with cranberry PAC in two distinct environments (SPF vs GF) revealed the importance of the latter. We observed an exacerbated liver triglyceride accumulation associated with the consumption of an HFHS diet in gnotobiotic mice housed in the SPF sector while mice housed in the GF sector showed reduced liver triglycerides compared to the HFHS-fed control group. These effects were observed even though mice from each group were colonized with the same fecal content. Our results suggest that the environment exerts a strong pressure on the gut microbiota and can influence the development of a metabolic phenotype associated with the transplantation of the same fecal content. These results also highlight the importance of standardizing the use of gnotobiotic mice models to ensure reproducibility of research results.

Les composés phénoliques des ramilles du bouleau jaune extraits à l'acétone/eau (70/30 v/v) et ses fractions ont été étudiés par chromatographie liquide à haute performance (CLHP). De plus, la capacité antioxydante de ces extraits a été déterminée à température ambiante et aux températures élevées. La capacité antioxydante à la température ambiante a été examinée en utilisant deux méthodes basées sur la réactivité des extraits avec un radical libre, stable en solution, le 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyle (DPPH). La calorimétrie différentielle (DSC) et la thermogravimétrie (TG) ont été employées pour l'étude de la capacité antioxydante des extraits à haute température. Un antioxydant synthétique, couramment utilisé dans l'industrie alimentaire et cosmétique, le BHT (2,6-di-ter-butyl-4-methyl-phenol) a servi de référence afin de valider le réel potentiel antioxydant des extraits phénoliques étudiés. L'analyse chimique par CLHP a indiqué la présence de l'eugénol, du thymol, de l'acide salicylique, du salidroside, du guaïacol, de l'épicatéchine, de la vanilline et de la taxifoline dans les extraits. L'eugénol, le thymol, l'acide salicylique, le guaïacol, l'épicatéchine, la vanilline et la taxifoline n'avaient jamais été identifiés précédemment dans les extraits de ramilles de bouleau jaune. En particulier, le thymol et la taxifoline sont de nouveaux composés identifiés pour le genre Betula. Parmi les échantillons, la fraction à l'acétate d'éthyle et la fraction aqueuse sont les plus efficaces d'un point de vue capacité antioxydante à température ambiante. En revanche, la fraction à l'éther et l'extrait brut ont montré une activité antioxydante plus élevée à de hautes températures. L'antioxydant BHT a montré le meilleur comportement antioxydant dans la plupart des essais effectués, sauf dans la méthode cinétique avec le DPPH. Les résultats de cette étude confirment l'importance d'examiner la capacité antioxydante en employant des méthodes diverses dans différentes conditions expérimentales. / The phenolic constituents of the aqueous acetone extract (70/30, v/v) and its fractions obtained from yellow birch twigs were studied by using high-performance liquid chromatography (HPLC). Additionally, the antioxidant capacity of the studied extracts was determined at ambient and at elevated temperatures. The antioxidant capacity of the extracts at room temperature was studied using l,l-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) based methods. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG) were used to evaluate antioxidant capacity of the extracts at high temperatures. The commercial antioxidant 2,6-diter-butyl-4-methyl-phenol (BHT), commonly used in food and cosmetic industries, was used as antioxidant reference. The HPLC analysis revealed the presence of eugenol, thymol, salicylic acid, salidroside, guiacol, epicatechine, vanillin and taxifoline in the natural extracts. Some of them have not been reported previously neither for yellow birch nor for others birch species. Among samples, the ethyl acetate and aqueous fractions exhibited the highest antioxidant capacity at ambient temperature. The ether fraction and crude extract showed the highest antioxidant activity at high temperatures. BHT exhibited the best antioxidant behavior in most of the reported tests, except in the kinetic method with DPPH. The results of this study confirm the importance of testing the antioxidant capacity by using different methods under various experimental conditions.