Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Development of an enzyme immobilization platform based on microencapsulation for paper-based biosensors

Un papier bioactif est obtenu par la modification d’un papier en y immobilisant une ou plusieurs biomolécules. La recherche et le développement de papiers bioactifs est en plein essor car le papier est un substrat peu dispendieux qui est déjà d’usage très répandu à travers le monde. Bien que les papiers bioactifs n’aient pas connus de succès commercial depuis la mise en marche de bandelettes mesurant le taux de glucose dans les années cinquante, de nombreux groupes de recherche travaillent à immobiliser des biomolécules sur le papier pour obtenir un papier bioactif qui est abordable et possède une bonne durée de vie. Contrairement à la glucose oxidase, l’enzyme utilisée sur ces bandelettes, la majorité des biomolécules sont très fragiles et perdent leur activité très rapidement lorsqu’immobilisées sur des papiers. Le développement de nouveaux papiers bioactifs pouvant détecter des substances d’intérêt ou même désactiver des pathogènes dépend donc de découverte de nouvelles techniques d’immobilisation des biomolécules permettant de maintenir leur activité tout en étant applicable dans la chaîne de production actuelle des papiers fins. Le but de cette thèse est de développer une technique d’immobilisation efficace et versatile, permettant de protéger l’activité de biomolécules incorporées sur des papiers. La microencapsulation a été choisie comme technique d’immobilisation car elle permet d’enfermer de grandes quantités de biomolécules à l’intérieur d’une sphère poreuse permettant leur protection. Pour cette étude, le polymère poly(éthylènediimine) a été choisi afin de générer la paroi des microcapsules. Les enzymes laccase et glucose oxidase, dont les propriétés sont bien établies, seront utilisées comme biomolécules test. Dans un premier temps, deux procédures d’encapsulation ont été développées puis étudiées. La méthode par émulsion produit des microcapsules de plus petits diamètres que la méthode par encapsulation utilisant un encapsulateur, bien que cette dernière offre une meilleure efficacité d’encapsulation. Par la suite, l’effet de la procédure d’encapsulation sur l’activité enzymatique et la stabilité thermique des enzymes a été étudié à cause de l’importance du maintien de l’activité sur le développement d’une plateforme d’immobilisation. L’effet de la nature du polymère utilisé pour la fabrication des capsules sur la conformation de l’enzyme a été étudié pour la première fois. Finalement, l’applicabilité des microcapsules de poly(éthylèneimine) dans la confection de papiers bioactifs a été démontré par le biais de trois prototypes. Un papier réagissant au glucose a été obtenu en immobilisant des microcapsules contenant l’enzyme glucose oxidase. Un papier sensible à l’enzyme neuraminidase pour la détection de la vaginose bactérienne avec une plus grande stabilité durant l’entreposage a été fait en encapsulant les réactifs colorimétriques dans des capsules de poly(éthylèneimine). L’utilisation de microcapsules pour l’immobilisation d’anticorps a également été étudiée. Les avancées au niveau de la plateforme d’immobilisation de biomolécules par microencapsulation qui ont été réalisées lors de cette thèse permettront de mieux comprendre l’effet des réactifs impliqués dans la procédure de microencapsulation sur la stabilité, l’activité et la conformation des biomolécules. Les résultats obtenus démontrent que la plateforme d’immobilisation développée peut être appliquée pour la confection de nouveaux papiers bioactifs.

Une étude examinant les retombées d'une programmation éducative par l'aventure sur les habiletés personnelles et sociales visant à contribuer à la prévention de l'intimidation chez de jeunes victimes potentielles.

Au Québec, comme dans le reste du monde, les agents du milieu de l'éducation sont de plus en plus concernés par le phénomène de l'intimidation chez les jeunes. Plusieurs programmes ont été conçus pour aider à contrer ce problème. Toutefois, peu d'études se sont penchées sur l'intervention au moyen de l'approche de l'éducation par l'aventure et du plein air. L'objectif de cette étude est de déterminer comment la socialisation peut être développée chez de jeunes victimes à risque, en ayant recours à ce type d'approche. Une recherche qualitative s'est donc penchée sur un projet d'intervention ayant appliqué le modèle de la séquence d'aventure, pour contribuer à prévenir la victimisation au troisième cycle du primaire. Les résultats révèlent que plusieurs moyens propres à ce type d'intervention s'avèrent efficaces au renforcement des habiletés personnelles et sociales, telles: l'affirmation de soi, la confiance en soi et l'ouverture aux autres.

Molecular inventory of faecal microflora in patients with Crohn's disease

Intestinal microbial community is involved in the pathogenesis of Crohn's disease, but knowledge of its potential abnormalities has been limited by the impossibility to grow many dominant intestinal bacteria. Using sequence analysis of randomly cloned bacterial 16S ribosomal DNA, the dominant faecal species from four Crolin's disease patients and four controls were compared. Whereas marked inter-individual differences were observed in the faecal microflora of patients, three remained distantly related to controls on the basis of their operational taxonomic unit composition. Bacteroides vidgatus and closely related organisms represented the only molecular species shared by all patients and exhibited an unusually high rate of occurrence. Escherichia coli clones were isolated only in two patients with ileocolonic Crohn's disease. Moreover, numerous clones belonged to phylogenetic groups or species that are commonly not dominant in the faecal microflora of healthy subjects: Pectinatus, Sutterella, Verritcomicrobium, Fusobacterium, Clostridium disporicum, clostridium glycolicum, Clostridium ramosum, Clostridium innocuum and Clostridium perfringens. (C) 2004 Federation of European Microbiological Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

A double-blind placebo-controlled study to establish the bifidogenic dose of inulin in healthy humans

Objective: To evaluate the bifidogenic efficacy of two inulin doses in healthy human adults. Design: A double-blind, placebo-controlled, crossover human study. Setting: Food Microbial Sciences Unit, The University of Reading, Reading, UK. Subjects: Thirty healthy volunteers, 15 men, 15 women ( age range 19-35). Interventions: Subjects consumed a chocolate drink containing placebo ( maltodextrin, 8 g/day), 5 g/day inulin and 8 g/day inulin for a 2-week treatment period. Each treatment was followed by a 1-week washout at the end of which volunteers progressed to the next treatment. Faecal samples were obtained at the start of the study ( baseline) and at the end of each treatment and washout period. Fluorescent in situ hybridization was used to monitor populations of Bifidobacterium genus, Bacteroides - Prevotella, Lactobacillus - Enterococcus and Clostridium perfringens - histolyticum subgroup. Results: Bifidobacterial levels increased significantly upon ingestion of both the low ( 9.78 +/- 0.29 log(10) cells/g faeces, P < 0.05) and the high inulin dose ( 9.79 +/- 0.38 log(10) cells/g faeces, P < 0.05) compared to placebo ( 9.64 +/- 0.23 log(10) cells/g faeces). Conclusions: Both inulin doses exhibited a bifidogenic effect but a higher volunteer percentage responded to the high dose. A dose response effect was not observed but the magnitude of increase in bifidobacteria levels depended on their initial numbers. The higher the initial concentrations the smaller was the increase upon ingestion of the active treatments. Sponsorship: Financial support for the completion of this project was provided by Sensus ( Roosendaal, The Netherlands).

Prebiotic effect of fruit and vegetable shots containing Jerusalem artichoke inulin : a human intervention study

The present study aimed to determine the prebiotic effect of fruit and vegetable shots containing inulin derived from Jerusalem artichoke (JA). A three-arm parallel, placebo-controlled, double-blind study was carried out with sixty-six healthy human volunteers (thirty-three men and thirty-three women, age range: 18–50 years). Subjects were randomised into three groups (n 22) assigned to consume either the test shots, pear-carrot-sea buckthorn (PCS) or plum-pear-beetroot (PPB), containing JA inulin (5 g/d) or the placebo. Fluorescent in situ hybridisation was used to monitor populations of total bacteria, bacteroides, bifidobacteria, Clostridium perfringens/histolyticum subgroup, Eubacterium rectale/Clostridium coccoides group, Lactobacillus/Enterococcus spp., Atopobium spp., Faecalibacterium prausnitzii and propionibacteria. Bifidobacteria levels were significantly higher on consumption of both the PCS and PPB shots (10·0 (sd 0·24) and 9·8 (sd 0·22) log10 cells/g faeces, respectively) compared with placebo (9·3 (sd 0·42) log10 cells/g faeces) (P < 0·0001). A small though significant increase in Lactobacillus/Enterococcus group was also observed for both the PCS and PPB shots (8·3 (sd 0·49) and 8·3 (sd 0·36) log10 cells/g faeces, respectively) compared with placebo (8·1 (sd 0·37) log10 cells/g faeces) (P = 0·042). Other bacterial groups and faecal SCFA concentrations remained unaffected. No extremities were seen in the adverse events, medication or bowel habits. A slight significant increase in flatulence was reported in the subjects consuming the PCS and PPB shots compared with placebo, but overall flatulence levels remained mild. A very high level of compliance (>90 %) to the product was observed. The present study confirms the prebiotic efficacy of fruit and vegetable shots containing JA inulin.

Impact of polysialylated CD56 on natural killer cell cytotoxicity

Background Siglec-7, a sialic acid binding inhibitory receptor expressed by NK cells is masked in vivo by a so far unknown ligand. It shows a strong binding prevalence for α-2,8-linked disialic acids in vitro. Results Here we describe the expression of PSA-NCAM (α-2,8-linked polysialic acid modified NCAM) on functional adult peripheral blood natural killer cells and examine its possible role in masking Siglec-7. Unmasking of Siglec-7 using Clostridium perfringens neuraminidase massively reduces NK cell cytotoxicity. By contrast a specific removal of PSA using Endo-NF does not lead to a reduction of NK cell cytotoxicity. Conclusion The results presented here therefore indicate that PSA-NCAM is not involved in masking Siglec-7.

Structure and Calcium-Binding Activity of LipL32, the Major Surface Antigen of Pathogenic Leptospira sp.

Leptospixosis, a spirochaetal zoonotic disease caused by Leptospira, has been recognized as an important emerging infectious disease. LipL32 is the major exposed outer membrane protein found exclusively in pathogenic leptospires, where it accounts for up to 75% of the total outer membrane proteins. It is highly immunogenic, and recent studies have implicated LipL32 as an extracellular matrix binding protein, interacting with collagens, fibronectin, and laminin. In order to better understand the biological role and the structural requirements for the function of this important lipoprotein, we have determined the 2.25-angstrom-resolution structure of recombinant LipL32 protein corresponding to residues 21-272 of the wild-type protein (LipL32(21-272)). The LipL32(21-272) monomer is made of a jelly-roll fold core from which several peripheral secondary structures protrude. LipL32(21-272) is structurally similar to several other jelly-roll proteins, some of which bind calcium ions and extracellular matrix proteins. Indeed, spectroscopic data (circular dichroism, intrinsic tryptophan fluorescence, and extrinsic 1-amino-2-naphthol-4-sulfonic acid fluorescence) confirmed the calcium-binding properties of LipL32(21-272). Ca(2+) binding resulted in a significant increase in the thermal stability of the protein, and binding was specific for Ca(2+) as no structural or stability perturbations were observed for Mg(2+), Zn(2+), or Cu(2+). Careful examination of the crystal lographic structure suggests the locations of putative regions that could mediate Ca(2+) binding as well as binding to other interacting host proteins, such as collagens, fibronectin, and lamixidn. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Electrochimie analytique en absence d'electrolyte indiferent : transports de matiere lors de la reduction des acides a une ultramicroelectrode

O transporte de massa por migração relativo à redução do proton em um ultramicroeletrodo de platina foi investigado. O efeito da migração sobre as correntes limite foi primeiramente estudado para uma só espécie eletroativa em solução através da comparação dos voltampérogramas obtidos na ausência de eletrólito suporte assim como na presença de um grande excesso do mesmo (efeito do eletrólito). O comportamento do proton na água e dos ácidos do tipo BH+ e HA- em acetonitrila foi estudado e uma expressão para quantificar o efeito do eletrólito é proposta. Ela considera as condutâncias equivalentes e as cargas das espécies iônicas em solução, o número de elétrons envolvido na reação eletroquímica e o tipo de eletrodo utilisado. Os fenômenos de exaltação da corrente de migração que podem se manifestar quando a redução de uma espécie eletroativa é precedida pela redução de uma segunda espécie presente simultâneamente na solução foram igualmente estudados. Observa-se que a exaltação da corrente de migração de uma espécie iônica ocorre mesmo quando sua transformação eletroquímica precede aquela da espécie molecular. Nêste caso, se as mobilidades iônicas são próximas, a altura da onda da espécie molecular é duas vezes maior que na ausência da espécie iônica.

Pré-compostagem de cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo

Foram pré-compostados, em células individuais e isoladas, cinco cadáveres de bovinos acometidos pelo botulismo com a finalidade de monitorar a presença de esporos de Clostridium botulinum e de toxina botulínica antes e após o processo de decomposição em leira estática com fonte de carbono. O diagnóstico da intoxicação nos animais foi baseado nas características clínico-patológicas, epidemiológicas ou laboratoriais. Dos cinco bovinos com evolução clínica crônica de botulismo, cujos cadáveres foram pré-compostados, três foram acometidos pela toxina tipo D, um pelo complexo CD e um dos animais foi negativo na tentativa de detecção da toxina e de esporos da bactéria nas vísceras pelo bioensaio e neutralização em camundongo. O processo de pré-compostagem foi realizado em leira estática, com o uso de material carbonáceo umidificado como substrato e esquartejamento do animal, vedado individualmente com lona plástica e sem aeração por um período de 50 dias. A temperatura das leiras foi monitorada durante o período e oscilou de 40,5-52,4ºC. Após a abertura das leiras, pôde-se constatar a completa decomposição de todo material mole, com redução significativa do seu peso (de 26,5-44,5%), restando apenas os ossos. Não foi detectado esporo ou toxina botulínica no interior dos ossos (n=5 para cada cadáver). Nas 200 amostras examinadas do homogeneizado restante (n=40 para cada cadáver), em apenas duas amostras de uma leira foram detectados esporos de C. botulinum tipo C, enquanto que todas foram negativas para a tentativa de detecção da toxina botulínica pelo bioensaio em camundongo. da forma como foi avaliado o processo de pré-compostagem de bovinos mortos pela intoxicação botulínica não contribuiu para a proliferação de C. botulinum.

Considerações a respeito do existencialismo na obra de Clarice Lispector

En prenant pour base l'exégèse que M. Benedito Nunes a fait sur l'oeuvre de Clarice Lispector, nous ferons ici, des considérations sur ce qu'on appelle existencialisme dans la production littéraire de Clarice Lispector. L'on doit aussi souligner quelques aspects marcant l'originalité de son oeuvre qui l'eloignent d'un certain type d' existencialisme.

Intoxicação experimental de bovinos com toxina botulínica tipo D

Realizou-se uma intoxicação experimental em bovinos, pela administração oral, com diferentes doses de toxina botulínica tipo D. O objetivo foi determinar o tempo de permanência da toxina no sangue circulante de bovinos, pela detecção da toxina no soro mediante bioensaio em camundongos, e de verificar a presença da toxina no fígado, no baço, nos rins e no coração, e no conteúdo ruminal de bovinos que morreram e/ou foram sacrificados. Utilizaram-se 12 bovinos, mestiços, divididos em quatro grupos de três animais cada. Os grupos I, II e III receberam 200DL50/ml, 21.300DL50/ml e 63.200DL50/ml de toxina botulínica, respectivamente, e o grupo IV manteve-se como controle. A toxina foi detectada principalmente no soro dos bovinos pertencentes aos grupos II e III que receberam altas doses do inóculo tóxico, nos quais a toxina permaneceu por um período de um a sete dias após o aparecimento dos primeiros sinais clínicos da doença. A toxina não foi detectada no fígado, no baço, nos rins e no coração, mas o foi no conteúdo ruminal de um bovino do grupo II. A toxina botulínica foi mais facilmente detectada no soro do que nos órgãos dos bovinos, sendo encontrada principalmente quando o animal ingeriu muita toxina, durante a fase inicial da doença e por um período de sete dias.

Caracterização microbiológica e avaliação de uma cepa de Bacillus subtilis no desempenho de bezerros da raça Holandesa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Presence of infectious agents and co-infections in diarrheic dogs determined with a real-time polymerase chain reaction-based panel

Background: Infectious diarrhea can be caused by bacteria, viruses, or protozoan organisms, or a combination of these. The identification of co-infections in dogs is important to determine the prognosis and to plan strategies for their treatment and prophylaxis. Although many pathogens have been individually detected with real-time polymerase chain reaction (PCR), a comprehensive panel of agents that cause diarrhea in privately owned dogs has not yet been established. The objective of this study was to use a real-time PCR diarrhea panel to survey the frequencies of pathogens and co-infections in owned dogs attended in a veterinary hospital with and without diarrhea, as well the frequency in different countries. Feces samples were tested for canine distemper virus, canine coronavirus, canine parvovirus type 2 (CPV-2), Clostridium perfringens alpha toxin (CPA), Cryptosporidium spp., Giardia spp., and Salmonella spp. using molecular techniques.Results: In total, 104 diarrheic and 43 control dogs that were presented consecutively at a major private veterinary hospital were included in the study. Overall, 71/104 (68.3%) dogs with diarrhea were positive for at least one pathogen: a single infection in 39/71 dogs (54.9%) and co-infections in 32/71 dogs (45.1%), including 21/32 dogs (65.6%) with dual, 5/32 (15.6%) with triple, and 6/32 (18.8%) with quadruple infections. In the control group, 13/43 (30.2%) dogs were positive, all with single infections only. The most prevalent pathogens in the diarrheic dogs were CPA (40/104 dogs, 38.5%), CPV-2 (36/104 dogs, 34.6%), and Giardia spp. (14/104 dogs, 13.5%). CPV-2 was the most prevalent pathogen in the dual co-infections, associated with CPA, Cryptosporidium spp., or Giardia spp. No statistical difference (P = 0.8374) was observed in the duration of diarrhea or the number of deaths (P = 0.5722) in the presence or absence of single or co-infections.Conclusions: Diarrheic dogs showed a higher prevalence of pathogen infections than the controls. Whereas the healthy dogs had only single infections, about half the diarrheic dogs had co-infections. Therefore, multiple pathogens should be investigated in dogs presenting with diarrhea. The effects of multiple pathogens on the disease outcomes remain unclear because the rate of death and the duration of diarrhea did not seem to be affected by these factors.

Tinkertoys for the twisted D-series

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)