Les ExoPolySaccharides (EPS) bactériens constituent une fraction réactive du sol vis-à-vis des Eléments Traces Métalliques (ETM). Le système xanthane-cuivre est étudié comme modèle de complexation des ETM par les EPS. L'étude à l'échelle macroscopique, par titrages acido-basiques, détermine les valeurs des pKa du xanthane (pKmoyenI=0.1M=2.5) et propose un modèle électrostatique à condensateur cylindrique pour expliquer les variations de pKa en fonction de la force ionique. Les titrages en présence de cuivre et isothermes d'adsorption montrent un résultat inédit : le xanthane adsorbe plus de cuivre à pH3.5 qu'à pH5.5. Les valeurs des constantes apparentes de complexation valent LogKCu-XanpH3.5=3 et LogKCu-XanpH5.5=2.6. Les résultats de dichroïsme circulaire suggèrent un changement conformationnel du xanthane pH-dépendant. Un modèle thermodynamique à deux états (xanthane désordonné à pH<5 vs ordonné à pH>5), couplé aux données pKa et LogKCu, permet de reconstruire dèlement les données expérimentales. L'étude à l'échelle moléculaire par modélisation moléculaire (MM) montre que la structure désordonnée de l'EPS à pH3 favorise la formation de complexes chelatants très stabilisants entre deux chaînes latérales du xanthane et Cu2+. A contrario, à pH5.5 en (structure hélices ordonnées) ce sont les sites complexants simples, moins stabilisants pour le cuivre, qui prédominent. Les résultats d'EXAFS et leur modélisation MM conrment la plus forte anité du cuivre pour le xanthane à pH3 qu'à pH5.5. Cette étude montre l'importance de la conformation des EPS dans leur capacité à xer les ETM, et l'intérêt de l'outil MM pour la compréhension de ces phénomènes à l'échelle moléculaire.

Le traitement de l’asthme concerne une large population et fait appel très majoritairement à une administration par voie pulmonaire. Cette voie présente certains inconvénients qui pourraient être palliés par le recours à la voie buccale comme envisagé dans cette étude, avec une amélioration attendue de la compliance et de la biodisponibilité. Aussi ce travail a eu pour objectif de développer et caractériser une formulation mucoadhésive thermogélifiante à base de salbutamol. Au regard des contraintes liées à la voie buccale et à la prise en charge du traitement de l’asthme aigu, les principales propriétés pharmacotechniques attendues pour optimiser la biodisponibilité de cette formulation ont été : (i) une gélification optimale autour de 30°C après pulvérisation pour faciliter notamment l’administration ; (ii) des propriétés mécaniques et mucoadhésives importantes pour assurer un maintien de la forme au site d’absorption ; (iii) une cinétique de libération compatible avec le traitement de la phase aigüe de la pathologie. Le choix des excipients a été défini afin d’avoir la plus grande innocuité de la formulation finale. Les travaux expérimentaux ont mis en évidence l’intérêt de certaines techniques innovantes pour la caractérisation de ce type de formulation comme notamment l’étude de libération à l’aide de l’appareil de dissolution à flux continu, la détermination de la cytotoxicité par microscopie holographique digitale et l’évaluation de la mucoadhésion in vitro et in vivo par imagerie. Les résultats ont aussi permis de proposer des modèles mathématiques pour l’interprétation des mécanismes de libération du salbutamol et quantifier l’importance des phénomènes de diffusion et d’érosion. Les conclusions de cette étude sont favorables à la poursuite du développement en vue d’une commercialisation. / The treatment of asthma concerns a large population and generally necessitates an administration by the pulmonary route. This route has some drawbacks which could be overcome by the buccal route, like considered in this study expecting an improvement of the compliance and the bioavailability. The aim of this work was to develop and characterize a thermogelling mucoadhesive formulation containing salbutamol sulfate. The main properties of the formulation were: (i) thermogelation around 30°C to facilitate the administration by spray; (ii) strong mechanical properties and high mucoadhesive strength to maintain the formulation in situ; (iii) drug release kinetics adapted to the treatment. The excipients were selected with regard to the final formulation safety. The experimental work emphasized the great interest of certain techniques in the characterization of this kind of formulation, for example the drug release study using flow through apparatus, the cytotoxicity study using digital holographic microscopy and also the mucoadhesion study by in vivo imaging. The use of mathematical models provided a relevant understanding of drug release mechanisms. The conclusion of this study is favorable to a further development of the project for a future marketing.

Depuis la découverte des cheminées hydrothermales, de multiples travaux ont été menés afin d’en étudier la diversité microbienne. Les inventaires moléculaires réalisés ont ainsi mis en évidence une grande diversité d’espèces qui contraste avec la faible proportion (1 %) d’espèces isolées par approche culturale. Une nouvelle approche d’immobilisation cellulaire par inclusion dans une matrice de polymères (gellane et xanthane) a ainsi été développée pour permettre l’étude de ces communautés thermophiles anaérobies marines. Le système, basé sur la formation d’une émulsion entre une solution de polymères inoculée et de l’huile, permet le piégeage de cellules dans des billes de gel de 1 à 2 mm de diamètre. Les conditions optimales d’immobilisation ont été obtenues pour une émulsion réalisée à 80 °C sous agitation (150 tr/min) à partir d’une solution de gellane (2,5 %) et de xanthane (0,25 %) avec 12 g/L de NaCl et 4 g/L de citrate de sodium, bullée à l’azote et réduit au Na2S avant inoculation. Les billes ont montré une bonne résistance mécanique après 5 semaines d’incubation à des pH compris entre 5,4 et 8, des températures allant jusqu’à 90 °C et des concentrations en NaCl et soufre allant jusqu’à respectivement 80 et 5 g/L. Des cultures en batch de Thermosipho sp. AT1272 et Thermococcus kodakarensis KOD1 immobilisées ont permis d’obtenir des concentrations allant jusqu’à 107 cellules/g de billes et 108 cellules/mL de fraction liquide. Une culture en continu réalisée en bioréacteur gas-lift pendant 41 jours à partir d’une communauté synthétique immobilisée composée de 8 souches (hyper)thermophiles a démontré la capacité de l’immobilisation cellulaire à protéger les cellules face à un stress oxique et à les maintenir (3 des 8 souches) dans le bioréacteur jusqu’à ce que les conditions de culture soient propices à leur croissance. La réactivité de la communauté immobilisée face aux changements environnementaux (température) a également été démontrée. Enfin, la culture en continu réalisée pendant 64 jours d’un échantillon immobilisé de diffuseur du site Rainbow a permis la croissance de plusieurs espèces bactériennes et archéennes (Oceanithermus sp., Thermococcus sp.) dont une partie n’a été détectée que dans les billes (Sulfurimonas sp., Nitratifractor sp., Vibrio sp.) par clonage-séquençage. L’ensemble de ces résultats ont permis de valider l’utilisation d’un protocole d’immobilisation par inclusion dans une matrice de polymères pour l’étude des communautés hydrothermales, de leur diversité et de leur dynamique. / Since the discovery of hydrothermal vents, multiple studies have been conducted in order to study microbial diversity. Molecular inventories realized have thus demonstrated a great diversity of species that contrasts with the low proportion (1%) of species isolated by culture approach. A new cell immobilization approach by inclusion in a polymer matrix (gellan and xanthan) has been developed for the study of these thermophilic anaerobic marine communities. The system, based on the formation of an emulsion between an inoculated polymer solution and oil, allows the entrapment of cells in gel beads with a diameter between 1 and 2 mm. The optimal immobilization conditions were obtained for emulsion performed at 80 °C with stirring (150 rpm) with a polymer solution composed of gellan (2.5%) and xanthan (0.25%) with 12 g/L of NaCl and 4 g/L of sodium citrate, bubbled with nitrogen and reduced with Na2S before inoculation. The beads showed a good mechanical stability after a 5-week incubation at pH between 5.4 and 8, temperatures up to 90 °C and NaCl and sulfur concentrations up to respectively 80 and 5 g/L. Batch cultures of immobilized Thermosipho sp. AT1272 and Thermococcus kodakarensis KOD1 yielded concentrations up to 107 cells/g of beads and 108 cells/mL of liquid fraction. A continuous culture performed in a gas-lift bioreactor for 41 days of an immobilized synthetic community composed of 8 (hyper)thermophilic strains demonstrated the capacity of cell immobilization to protect cells from oxique stress and to maintain them (3 of 8 strains) in the bioreactor until having suitable culture conditions for their growth. The reactivity of the immobilized community to environmental change (temperature) was also demonstrated. Finally, the continuous culture performed for 64 days of an immobilized diffuser sample from Rainbow site allowed the growth of several bacterial and archaeal species (Oceanithermus sp., Thermococcus sp.), part of which was detected only in the beads (Sulfurimonas sp., Nitratifractor sp., Vibrio sp.) by cloning-sequencing. All these results have validated the use of an immobilization protocol by inclusion in a polymer matrix for the study of hydrothermal communities, of their diversity and their dynamics.

La nisine est un peptide antimicrobien produit par la souche de Lactococus lactis subsp. lactis, autorisée pour des applications alimentaires par le comité d'experts sur les additifs alimentaires et les aliments de l'Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l'Agriculture et de l’Organisation Mondiale de la Santé (FAO / OMS). La nisine peut être appliquée, par exemple, pour la conservation des aliments, la biopréservation, le contrôle de la flore de fermentation, et potentiellement comme agent antimicrobien clinique. Le piégeage de bactéries capables de produire de la nisine dans des billes d'alginate de calcium est ainsi une voie prometteuse pour immobiliser des cellules actives et prolonger la durée de conservation des aliments. Le travail de thèse visait à concevoir des emballages actifs en biopolymère renfermant des bactéries lactiques bioprotectrices (LAB) pour contrôler la croissance de micro-organismes indésirables dans les aliments, en particulier L. monocytogenes. La stabilité mécanique et chimique des billes d'alginate a d’abord été améliorée, et l'efficacité d'encapsulation a été accrue. Des capsules « alginate / pectine (A / P) » ont été préparés comme premières microsphères, par une technique d'extrusion. La production de nisine par Lactococcus lactis subsp. lactis encapsulé dans différents états physiologiques (phase exponentielle, phase stationnaire) a été étudiée. Les résultats ont montré que les billes composites (A/P) avaient de meilleurs propriétés que celles formulées avec de l'alginate ou de la pectine pure. L’association de l'alginate et de la pectine induit un effet synergique qui a amélioré les propriétés mécaniques des microbilles. La deuxième partie du travail a concerné la mise au point de microcapsules à cœur liquides avec une membrane d'hydrogel d'alginate et d'un noyau de gomme de xanthane. Les résultats ont montré que ces microcapsules contenant L. lactis encapsulé durant la phase exponentielle dans une matrice d’alginate et un noyau nutritif de gomme xanthane ont donné les meilleurs résultats et présentent une activité anti-listeria intéressante. Ces microbilles ont enfin été appliquées pour la conservation des aliments et en particulier dans des emballages alimentaires actifs. Des films (HPMC, amidon) ont été élaborés en piégeant des perles d'«alginate actifs/gomme xanthane» enrichies en L. lactis dans des films d’emballage et appliqués pour la conservation des aliments / Nisin is an antimicrobial peptide produced by strains of Lactococus lactis subsp. lactis, recognized as safe for food applications by the Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization (FAO/WHO). Nisin could be applied, for shelf-life extension, biopreservation, control of fermentation flora, and potentially as clinical antimicrobials. Entrapment of bacteria able to produce nisin in calcium alginate beads is promising way for cells immobilization in active films to extend food shelf-life. The present PhD work aimed to design biopolymeric active packaging entrapping bioprotective lactic acid bacteria (LAB) and control undesirable microorganisms growth in foods, particularly L. monocytogenes. First, the mechanical and chemical stability of the alginate beads were improved, and consequently the effectiveness of encapsulation was increased. Alginate/pectin (A/P) biopolymers were prepared, as first microspheres design, by extrusion technique to encapsulate nisin-producing Lactococcus lactis subsp. lactis in different physiological state (exponential phase, stationary phase). Results showed that A/P composite beads were more efficient to increase beads properties than those formulated with pure alginate or pectin. Association of alginate and pectin induced a synergistic effect which improved microbeads mechanical properties. As a second microspheres design, aqueous-core microcapsules were prepared with an alginate hydrogel membrane and a xanthan gum core. Results showed that microcapsules with L.lactis in exponential state encapsulated in alginate membrane and aqueous-core based on xanthan gum with nutrients gave the best results and exhibit interesting antilisterial activity. These microparticles were applied in food preservation and particularly in active food packaging. A novel bioactive films (HPMC, starch) was developed and tested, entrapping active beads of alginate/xanthan gum core-shell microcapsules and alginate/pectin hydrogel enriched with L.lactis

Des expériences de diffusion de la lumière et des neutrons réalisées sur des solutions de polyélectrolytes semi-rigides et rigides modèles en présence d'un excès de sel ont montré qu'en régime dilué ces solutions ont le comportement typique de bon solvant. En régime semi-dilué, la fonction d'autocorrélation est bimodale. Le mode rapide est relié à la longueur de corrélation du réseau et le mode lent est lié à la présence d'associations (phénomène unique des polysaccharides). L'étude de solutions de chitosane alkylé réalisée à partir d'expériences de diffusion du rayonnement et de rhéologie a permis de déterminer le diagramme de phase complexe constitué de : (i) une phase surnageante de chaînes individuelles libres, (ii) une phase diluée d'agrégats micellaires de type "bouquet de fleurs" en équilibre avec les chaînes non associées, (iii) un domaine biphasique constitué d'un gel et d'une solution visqueuse et (iv) un réseau associatif où les agrégats fleurs sont interconnectés.