Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Synthesis of (S)-cEt-LNA

Nucleoside (S)-cEt-LNA a été synthétisé par trois voies différentes à partir de la 5- méthyluridine qui est commercialement disponible. Le chemin le plus court comprend une méthylation diastéréosélective d'un aldéhyde, et une cyclisation 5-exo-tet d'un éther par déplacement SN2.

Santé reproductive et santé mentale des femmes qui ont subi la violence sexuelle en temps de conflit armé : cas de la République Démocratique du Congo

Problématique : Depuis bientôt deux décennies, la République Démocratique du Congo (RDC) est le territoire d’un conflit armé qui, selon l’International Rescue Commite, aurait occasionné plus de 3 millions de décès et autant de déplacés internes. Plusieurs rapports font également cas des nombreux actes de violence sexuelle (les viols, les mutilations, l’esclavage, l’exploitation sexuelle, etc.) commis envers les filles, les femmes et dans une moindre ampleur les hommes. S’il existe un consensus sur le côté barbare des actes de violence sexuelle liés aux conflits armés, rares sont les études qui ont évalué leurs conséquences sur la santé reproductive des survivantes surtout en termes d’issues telles que les fistules, les douleurs pelviennes chroniques (DPC), le désir de rapports sexuels, le désir d’enfant et le désir d’interruption de la grossesse issue de tels actes. Par ailleurs, même si la santé mentale des populations en zones de conflit représente un sujet d’intérêt, l’impact spécifique de la violence sexuelle liée au conflit sur la santé mentale des survivantes a été peu étudié. De plus, ces travaux s’intéressent aux effets de la violence sexuelle liée au conflit sur la santé mentale et sur la santé reproductive séparément et ce, sans évaluer les relations qui peuvent exister entre ces deux dimensions qui, pourtant, s’influencent mutuellement. Aussi, l’impact social de la violence sexuelle liée au conflit, ainsi que la contribution des normes socioculturelles aux difficultés que rencontrent les survivantes, a été peu étudié. Pourtant, l’impact social de la violence sexuelle liée au conflit peut permettre de mieux comprendre comment l’expérience d’un tel acte peut affecter la santé mentale. Enfin, aucune étude n’a évalué les effets de la violence sexuelle liée au conflit en la comparant à la violence sexuelle non liée au conflit (VSNLC). Pourtant, il est reconnu qu’à de nombreux égards, la violence sexuelle liée au conflit est bien différente de la VSNLC puisqu’elle est perpétrée avec l’intention de créer le maximum d’effets adverses pour la victime et sa communauté. Objectifs : Les objectifs poursuivis dans cette thèse visent à : 1) évaluer les effets de la violence sexuelle liée au conflit sur la santé reproductive; 2) évaluer les effets de la violence sexuelle liée au conflit sur la santé mentale en termes de sévérité des symptômes de stress posttraumatique (PTSD), de sévérité des symptômes de détresse psychologique et de probabilité de souffrir de troubles mentaux communs (TMC); 3) évaluer la contribution des troubles physiques de santé reproductive, en particulier les fistules et les douleurs pelviennes chroniques (DPC), aux effets de la violence sexuelle liée au conflit sur la santé mentale; 4) évaluer la contribution de l’état de santé mentale aux effets de la violence sexuelle liée au conflit sur le désir de rapports sexuels et le désir d’enfant; et 5) étudier l’impact de la violence sexuelle liée au conflit sur le plan social ainsi que la contribution des normes socioculturelles à ses effets adverses et la façon dont ces effets pourraient à leur tour influencer la santé des femmes et leur relation avec l’enfant issu de l’acte de violence sexuelle subi. Méthodologie : Un devis mixte de nature convergente a permis de collecter des données quantitatives auprès de l’ensemble des participantes (étude transversale) et des données qualitatives sur un nombre plus restreint de femmes (étude phénoménologique). Une étude transversale populationnelle a été conduite entre juillet et août 2012 auprès de 320 femmes âgées de 15 à 45 ans habitant quatre (4) quartiers de la ville de Goma située dans la province du Nord-Kivu en RDC. Les femmes ont été recrutées à travers des annonces faites par les responsables des programmes d’alphabétisation et de résolution de conflits implantés dans les différents quartiers par le Collectif Alpha Ujuvi, une ONG locale. Les issues de santé reproductive évaluées sont : les fistules, les DPC, le désir de rapports sexuels, le désir d’enfant et le désir d’interruption de la grossesse issue d’un acte de violence sexuelle. Les variables de santé mentale d’intérêt sont : la sévérité des symptômes de détresse psychologique, la sévérité des symptômes de PTSD et la probabilité de souffrir de TMC. Pour les analyses, l’exposition a été définie en trois (3) catégories selon l’expérience passée de violence sexuelle : les femmes qui ont vécu des actes de violence sexuelle liée au conflit, celles qui ont vécu des actes de VSNLC et celles qui ont déclaré n’avoir jamais subi d’acte de violence sexuelle au cours de leur vie. Les variables de confusion potentielles mesurées sont : l’âge, le statut matrimonial, le nombre d’enfants, le niveau d’éducation le plus élevé atteint et l’occupation professionnelle. Les mesures d’associations ont été évaluées à l’aide de modèles de régressions logistiques et linéaires simples et multiples. Des tests d’interaction multiplicative et des analyses stratifiées ont été également conduits pour évaluer l’effet potentiellement modificateur de quelques variables (âge, statut matrimonial, nombre d’enfants) sur la relation entre la violence sexuelle et les variables de santé reproductive ou de santé mentale. Ces tests ont également été utilisés pour évaluer la contribution d’une variable de santé reproductive ou de santé mentale aux effets de la violence sexuelle sur l’autre dimension de la santé d’intérêt dans cette étude. Une étude phénoménologique a été conduite dans le même intervalle de temps auprès de 12 femmes ayant participé à la partie quantitative de l’étude qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit et ont eu un enfant issu d’une agression sexuelle. Les sujets explorés incluent : la perception de l’acte de violence sexuelle liée au conflit vécu et de la vie quotidienne par les victimes; la perception de l’acte de violence sexuelle liée au conflit par la famille et l’entourage et leurs réactions après l’agression; la perception de la grossesse issue de l’acte de violence sexuelle par la victime; la perception de l’enfant issu de la violence sexuelle liée au conflit par la victime ainsi que son entourage; les conséquences sociales de l’expérience de violence sexuelle liée au conflit et les besoins des victimes pour leur réhabilitation. Une analyse thématique avec un codage ouvert a permis de ressortir les thèmes clés des récits des participantes. Par la suite, l’approche de théorisation ancrée a été utilisée pour induire un cadre décrivant l’impact social de l’expérience de la violence sexuelle liée au conflit et les facteurs y contribuant. Résultats : Le premier article de cette thèse montre que, comparées aux femmes qui n’ont jamais vécu un acte de violence sexuelle, celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit ont une probabilité plus élevée d’avoir une fistule (OR=11.1, IC 95% [3.1-39.3]), des DPC (OR=5.1, IC 95% [2.4-10.9]), de rapporter une absence de désir de rapports sexuels (OR=3.5, IC 95% [1.7-6.9]) et une absence de désir d’enfant (OR=3.5, IC 95% [1.6-7.8]). Comparées aux mêmes femmes, celles qui ont vécu la VSNLC ont plus de probabilité de souffrir de DPC (OR=2.3, IC 95% [0.95-5.8]) et de rapporter une absence de désir d’enfant (OR=2.7, IC 95% [1.1-6.5]). Comparées aux femmes qui ont vécu la VSNLC, celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit ont également une probabilité plus élevée d’avoir une fistule (OR=9.5, IC 95% [1.6-56.4]), des DPC (OR=2.2, IC 95% [0.8-5.7]) et de rapporter une absence de désir de rapports sexuels (OR=2.5, IC 95% [1.1-6.1]). En ce qui concerne les grossesses issues des viols, comparées aux femmes qui ont vécu la VSNLC, celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit sont plus nombreuses à souhaiter avorter (55% vs 25% pour celles qui ont vécu la VSNLC). Elles sont également plus nombreuses à déclarer qu’elles auraient avorté si les soins appropriés étaient accessibles (39% vs 21% pour celles qui ont vécu la VSNLC). Le second article montre qu’en comparaison aux femmes qui n’ont jamais subi de violence sexuelle, celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit présentent des symptômes de détresse psychologique (moyennes de score respectives 8.6 et 12.6, p<0.0001) et des symptômes de PTSD (moyennes de score respectives 2.2 et 2.6, p<0.0001) plus sévères et ont plus de probabilité d’être dépistées comme un cas de TMC (30% vs 76%, p<0.0001). De plus, comparées aux femmes qui ont vécu la VSNLC, celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au conflit présentent des symptômes de détresse psychologique (moyennes de score respectives 10.1 et 12.6, p<0.0001) et des symptômes de PTSD (moyennes de score respectives 2.2 et 2.6, p<0.0001) plus sévères et ont plus de probabilité d’être dépistées comme un cas de TMC (48% vs 76%, p<0.001). Les valeurs minimales et maximales de score de sévérité de symptômes de détresse psychologique sont de 0/12 pour les femmes qui n’ont jamais vécu de violence sexuelle, 4/19 pour celles qui ont vécu la VSNLC et de 5/18 pour celles qui ont vécu la violence sexuelle liée au confit. En ce qui concerne la sévérité des symptômes de PTSD, les scores minimal et maximal sont respectivement de 0.36/3.22, 0.41/3.41 et 0.95/3.45. Le fait d’avoir développé une fistule ou de souffrir de DPC après l’agression sexuelle augmente la force des associations entre la violence sexuelle et la santé mentale. Les femmes qui ont subi la violence sexuelle liée au conflit et qui ont souffert de fistules présentent des symptômes de détresse psychologique et de PTSD plus sévères comparées aux femmes qui ont subi la violence sexuelle liée au conflit mais n’ont pas de fistules. Les résultats sont similaires pour les femmes qui ont subi la violence sexuelle liée au conflit et qui souffrent de DPC. Des résultats complémentaires suggèrent que le statut matrimonial modifie l’effet de la violence sexuelle sur la sévérité des symptômes de détresse psychologique, les femmes divorcées/séparées et les veuves étant celles qui ont les moyennes de score les plus élevées (respectivement 11.3 et 12.1 vs 9.26 et 9.49 pour les célibataires et les mariées). Par ailleurs, la sévérité des symptômes de détresse psychologique modifie l’association entre la violence sexuelle liée au conflit et le désir d’enfant. Le troisième article montre que, sur le plan social, l’expérience de violence sexuelle liée au conflit entraine également de lourdes conséquences. Toutes celles qui ont vécu ce type d’acte décrivent leur vie de survivante et de mère d’un enfant issu d’une agression sexuelle comme difficile, oppressive, faite de peines et de soucis et sans valeur. Plusieurs facteurs influencent la description que les victimes de violence sexuelle liée au conflit font de leur vie quotidienne, et ils sont tous reliés aux normes socioculturelles qui font de la femme une citoyenne de seconde zone, ne font aucune différence entre un viol et un adultère, condamnent les victimes de violence sexuelle plutôt que leurs agresseurs, rejettent et stigmatisent les victimes de tels actes ainsi que l’enfant qui en est issu. En réponse au rejet et au manque de considération, les femmes victimes de violence sexuelle liée au conflit ont tendance à s’isoler pour éviter les insultes et à garder le silence sur leur agression. En plus, les réactions de leur entourage/communauté ont tendance à leur faire revivre l’agression sexuelle subie, autant d’éléments qui nuisent davantage à leur réhabilitation. D’autres résultats démontrent que les enfants issus d’actes de violence sexuelle liée au conflit sont également rejetés par leur communauté, leur famille adoptive ainsi que le conjoint de leur mère, ce qui affecte davantage les survivantes. Avec leurs mères, les relations développées varient entre le rejet, la résignation et l’affection. Néanmoins, ces relations sont plus souvent tendues probablement à cause de la stigmatisation de la communauté. Conclusion: La violence sexuelle liée au conflit a des effets adverses sur la santé reproductive, la santé mentale mais également sur le plan social. Ces trois dimensions sont loin d’être isolées puisque cette étude a permis de démontrer qu’elles s’influencent mutuellement. Ceci suggère que la prise en charge des victimes de violence sexuelle liée au conflit ne doit pas se concentrer sur un aspect ou un autre de la santé mais prendre en compte l’ensemble des dimensions de la femme pour offrir une aide holistique, plus adaptée et qui sera plus efficace à long terme.