Étude du mécanisme de protection des spermatozoïdes de mammifères par le lait

Le lait écrémé est utilisé depuis plus d’un demi-siècle comme diluant protecteur des spermatozoïdes de mammifères. Depuis quelques années, il existe une demande grandissante pour des diluants exempts de produits d’origine animale. Toutefois, le mécanisme par lequel le lait protège les spermatozoïdes n’est pas connu, ce qui rend difficile de lui trouver un substitut. Les protéines majeures du plasma séminal de taureau, les protéines « Binder of SPerm » (BSP), sont néfastes lors de la conservation de la semence. Les spermatozoïdes sont en contact avec une grande concentration de protéines BSP qui stimulent une extraction continuelle de cholestérol/phospholipides de leur membrane plasmique. Les lipoprotéines de faible densité (LDL) du jaune d’oeuf, un autre composé utilisé dans les diluants, empêcheraient les protéines BSP de se lier à la membrane des spermatozoïdes de taureaux et de stimuler un efflux des lipides membranaires, ce qui les protégerait durant la conservation. Notre hypothèse était que les protéines du lait protègent les spermatozoïdes durant la conservation en séquestrant les protéines BSP. Premièrement, nous avons démontré par filtration sur gel qu’il y a une interaction entre les protéines BSP bovines et les protéines du lait. Le lait écrémé a été fractionné en trois fractions : F1 (alpha-lactalbumine, bêta-lactoglobuline et caséine kappa), F2 (toutes les protéines du lait) et F3 (sels, sucres et petits peptides). Les protéines BSP1 et BSP5 ont une affinité plus grande pour F1 que BSP3, tandis que toutes les protéines BSP ont une affinité pour F2. Le titrage calorimétrique isotherme a permis de confirmer l’interaction entre les protéines BSP et les protéines du lait. L’association entre la protéine BSP1 bovine et les micelles de caséines est caractérisée par une constante d’affinité (Ka) de 3.5 × 10^5 M-1 et un paramètre stoichiométrique (n) de 4,5 BSP1 pour une caséine. L’association entre la protéine BSP1 bovine et l’alpha-lactalbumine (une protéine du sérum principale), est caractérisée par un Ka de 2.4 × 10^5 M-1 et une valeur “n” de 0,8. Ces résultats indiquent que le lait protège les spermatozoïdes bovins en séquestrant les protéines BSP grâce à une interaction protéine : protéine, tandis que le jaune d’oeuf les protège grâce à une interaction protéine : lipoprotéine. Deuxièmement, nous avons démontré par filtration sur gel que les protéines homologues aux BSP bovines retrouvées dans le plasma séminal de porc, d’étalon et de bélier ont une affinité avec les protéines du lait, ce qui suggère que le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait pourrait être le même chez ces espèces. Troisièmement, nous avons caractérisé l’interaction entre BSP1 bovine et les LDL du jaune d’oeuf qui a un Ka de 3.4 ± 0.4 × 10^6 M-1 et une valeur de « n » de 104 BSP1 pour une particule de LDL, indiquant qu’il existe des différences entre le mécanisme de protection des spermatozoïdes par le lait et le jaune d’oeuf. Nous croyons que les résultats présentés dans cette thèse aideront à créer de nouveaux diluants ne contenant pas de produits d’origine animale afin de cryoconserver les spermatozoïdes des mammifères.

Étude de la voie de signalisation de l’insuline chez la drosophile par une approche phosphoprotéomique

La phosphorylation est une modification post-traductionnelle modulant l’activité, la conformation ou la localisation d’une protéine et régulant divers processus. Les kinases et phosphatases sont responsables de la dynamique de phosphorylation et agissent de manière coordonnée. L’activation anormale ou la dérégulation de kinases peuvent conduire au développement de cancers ou de désordres métaboliques. Les récepteurs tyrosine kinase (RTKs) sont souvent impliqués dans des maladies et la compréhension des mécanismes régissant leur régulation permet de déterminer les effets anticipés sur leurs substrats. Dans ce contexte, le but de cette thèse est d’identifier les évènements de phosphorylation intervenant dans la voie de l’insuline chez la drosophile impliquant un RTK : le récepteur de l’insuline (InR). La cascade de phosphorylation déclenchée suite à l’activation du récepteur est conservée chez le mammifère. Afin d’étudier le phosphoprotéome de cellules S2 de drosophile, nous avons utilisé une étape d’enrichissement de phosphopeptides sur dioxyde de titane suivie de leur séparation par chromatographie liquide (LC) et mobilité ionique (FAIMS). Les phosphopeptides sont analysés par spectrométrie de masse en tandem à haute résolution. Nous avons d’abord démontré les bénéfices de l’utilisation du FAIMS comparativement à une étude conventionnelle en rapportant une augmentation de 50 % dans le nombre de phosphopeptides identifiés avec FAIMS. Cette technique permet de séparer des phosphoisomères difficilement distinguables par LC et l’acquisition de spectres MS/MS distincts où la localisation précise du phosphate est déterminée. Nous avons appliqué cette approche pour l’étude des phosphoprotéomes de cellules S2 contrôles ou traitées à l’insuline et avons identifié 32 phosphopeptides (sur 2 660 quantifiés) pour lesquels la phosphorylation est modulée. Étonnamment, 50 % des cibles régulées possèdent un site consensus pour la kinase CK2. Une stratégie d’inhibition par RNAi a été implémentée afin d’investiguer le rôle de CK2 dans la voie de l’insuline. Nous avons identifié 6 phosphoprotéines (CG30085, su(var)205, scny, protein CDV3 homolog, D1 et mu2) positivement régulées suite à l’insuline et négativement modulées après le traitement par RNAi CK2. Par essai kinase in vitro, nous avons identifié 29 cibles directes de CK2 dont 15 corrélaient avec les résultats obtenus par RNAi. Nous avons démontré que la phosphorylation de su(var)205 (S15) était modulée par l’insuline en plus d’être une cible directe de CK2 suite à l’expérience RNAi et à l’essai kinase. L’analyse des données phosphoprotéomiques a mis en évidence des phosphopeptides isomériques dont certains étaient séparables par FAIMS. Nous avons déterminé leur fréquence lors d’études à grande échelle grâce à deux algorithmes. Le script basé sur les différences de temps de rétention entre isomères a identifié 64 phosphoisomères séparés par LC chez la souris et le rat (moins de 1 % des peptides identifiés). Chez la drosophile, 117 ont été répertoriés en combinaison avec une approche ciblée impliquant des listes d’inclusion. Le second algorithme basé sur la présence d’ions caractéristiques suite à la fragmentation de formes qui co-éluent a rapporté 23 paires isomériques. L’importance de pouvoir distinguer des phosphoisomères est capitale dans le but d’associer une fonction biologique à un site de phosphorylation précis qui doit être identifié avec confiance.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

Studies on Venom of the fish Scatophagus Argus from Cochin Estuary-A Biochemical Approach

Studies reveal the presence of enzymes and different proteins in the venom of S.argus. The present study detected the presence of phosphodiesterase in S. argus venom. S. argus venom has displayed the presence of micromolar concentration of acetylcholine. Phospholipase activity in S. argus venom shows values below the detection threshold indicating that the venom does not possess this enzyme. The proteolylic activity of S. argus venom on casein and gelatin were assayed due to the probable involvement of proteases in causing the instability of biological activities of the fish venom. Caseinase and gelatinase enzymes were detected in S. argus venom. Though exact relationships of these enzymes and proteins in envenomation are not traced, the involvement of enzymes in envenomation cannot be ruled out. Further studies are required to find the mechanism of action of these enzymes and proteins present in S. argus venom. The present study opens new dimensions for isolation of the lethal compound present in S. argus venom. The preliminary study carried out here shows the presence of a lethal factor between 6.5 KDa - 68 KDa. Studies conclude that fish venom possesses many bioactive substances, especially peptides, proteases and enzymes that bind with high affinity to physiological targets and can be trapped for therapeutic purposes in the near future. Even though this study reveals the conundrums of S. argus venom, it opens new vistas of research on the venom components and the application and design of the venom as a drug.

Biochemical and physiological characteristics of actinomycetes isolated from high altitude shola soils of tropical Montane forest

Actinomycetes are gram-positive, free-living, saprophytic bacteria widely distributed in soil, water and colonizing plants showing marked chemical and morphological diversity. They are potential source of many bioactive compounds, which have diverse clinical effects and important applications in human medicine. In the present work, we have studied some of the physiological and biochemical characteristics of 36 actinomycete strains isolated from the shola soils of tropical montane forest; a relatively unexplored biodiversity hotspot. Ability of actinomycetes isolates to ferment and produce acids from various carbohydrate sources such as innositol, mannose, sorbitol, galactose, mannitol, xylose, rhamnose, arabinose, lactose and fructose were studied. Almost all the carbon compounds were utilized by one or other actinomycete isolates. The most preferred carbon sources were found to be xylose (94.44%) followed by fructose and mannose (91.66%). Only 41.76% of the isolates were able to ferment lactose. The ability of actinomycetes isolates to decompose protein and amino acid differ considerably. 72.22% of the isolates were able to decompose milk protein casein and 61.11% of the isolates decompose tyrosine. Only 8.33% of the strains were able to decompose amino acid hypoxanthine and none of them were able to decompose amino acid xanthine. Potential of the actinomycetes isolates to reduce esculin, urea and hippurate and to resist lysozyme was also checked. 91.66% of the isolates showed ability to decompose esculin and 63.88% of the isolates had the capacity to produce urease and to decompose urea. Only 25% of the isolate were able to decompose hippurate and 94.44% showed lysozyme resistance

A model of net amino acid absorption and utilization by the portal-drained viscera of the lactating dairy cow

A more complete understanding of amino acid ( AA) metabolism by the various tissues of the body is required to improve upon current systems for predicting the use of absorbed AA. The objective of this work was to construct and parameterize a model of net removal of AA by the portal-drained viscera (PDV). Six cows were prepared with arterial, portal, and hepatic catheters and infused abomasally with 0, 200, 400, or 600 g of casein daily. Casein infusion increased milk yield quadratically and tended to increase milk protein yield quadratically. Arterial concentrations of a number of essential AA increased linearly with respect to infusion amount. When infused casein was assumed to have a true digestion coefficient of 0.95, the minimum likely true digestion coefficient for noninfused duodenal protein was found to be 0.80. Net PDV use of AA appeared to be linearly related to total supply (arterial plus absorption), and extraction percentages ranged from 0.5 to 7.25% for essential AA. Prediction errors for portal vein AA concentrations ranged from 4 to 9% of the observed mean concentrations. Removal of AA by PDV represented approximately 33% of total postabsorptive catabolic use, including use during absorption but excluding use for milk protein synthesis, and was apparently adequate to support endogenous N losses in feces of 18.4 g/d. As 69% of this use was from arterial blood, increased PDV catabolism of AA in part represents increased absorption of AA in excess of amounts required by other body tissues. Based on the present model, increased anabolic use of AA in the mammary and other tissues would reduce the catabolic use of AA by the PDV.

Changes in physical properties of bovine milk from the colostrum period to early lactation

The aim of this study was to analyze individual cows' samples from the colostrum, postcolostrum, and early lactation periods to investigate how milk composition, physical properties, stability, and suitability for processing change throughout this period. Attention was paid to the first week postpartum in which the composition of bovine mammary secretion can change markedly. Properties including pH, titratable acidity, ethanol stability (ES), rennet clotting time, and casein micelle size were analyzed, together with some compositional factors such as fat, total protein, lactose, total and ionic calcium, magnesium, citrate, phosphorus, sodium, and potassium. Total Ca (36.2 mM) and free ionic Ca (2.58 mM), Mg (5.9 mM), P (32.2 mM), and Na (24.1 mM) appeared to be high on d 5 postpartum, having decreased substantially over the first 5 d; they gradually decreased thereafter. The average pH on d 5 was only 6.49, compared with 6.64 at 1 mo postpartum. Stability measurements showed that the average ES on d 5 was 70% and the rennet clotting time was 12.2 min, which were significantly lower than values at later stages. A number of milk properties including ES, pH, protein content, and Ca2+ concentration could be useful for identifying the point of transition from colostrum to the early lactation period. Knowing the composition and physical properties of colostrum and postcolostrum secretions will help establish when such milk is suitable for processing and determine the best use for that milk.

Caseinoglycomacropeptide inhibits adhesion of pathogenic Escherichia coli strains to human cells in culture

Caseinoglycomacropeptide (CGMP) derived from kappa-casein was investigated for its ability to inhibit the adhesion of 3 strains of verotoxigenic Escherichia coli (VTEC) and 3 strains of enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) to human HT29 tissue cell cultures. Effects on adhesion of Desulfovibrio desulfuricans, Lactobacillus pentosus, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus, and Lactobacillus gasseri were also investigated. Generally, CGMP exerted effective anti-adhesive properties at a dose of 2.5 mg/mL, albeit with a high degree of strain specificity. The CGMP reduced adhesion of VTEC strains to < 50% of the control and reduced adhesion of EPEC strains to between 80 and 10% of the control. The CGMP also reduced the adhesion of L. pentosus and L. casei to 44 and 42%, respectively. A slight but significant reduction of L. acidophilus, to 81%, was observed, but no significant effects were detected with either Dsv. desulfuricans or L. gasseri. Further investigation of the dose response relationships with the E. coli strains gave IC50 values ranging between 0.12 and 1.06 mg/mL.

Effects of lactoperoxidase and hydrogen peroxide on rheological properties of yoghurt

The effects of activation of the lactoperoxidase (LPO) system by H2O2-NaSCN and hydrogen peroxide (H2O2) on the accessibility of sulphydryl groups (SH) in skimmed milk, and on the dynamic rheological properties of the resulting yoghurt were investigated. Four different concentrations of each reagent (20-80 mg H2O2-NaSCN/kg milk and 100-400 mg H2O2/kg milk) were compared. Clear negative correlations were noted between the accessibility of SH groups and both LPO activation rate and H2O2 concentration. Also the native PAGE pattern of the heat-treated samples showed that with increase in the H2O2-NaSCN and H2O2 concentrations, the level of interaction between beta-lactoglobulin (beta-Ig) and kappa-casein (K-CN) decreased. The complex modulus (G*) of skimmed milk yoghurts declined gradually with the decrease in the concentration of accessible SH groups accordingly. Tan delta values of yoghurt samples were found to be different from the control, but close to each other, indicating that protein interaction forces taking place in the formation of gel networks of treated yoghurts were different from the control.

Measurement of ionic calcium in milk

There are many reports in the literature regarding the effects of ionic calcium on reactions related to casein micelle stability, such as heat stability, ethanol stability and susceptibility to gelation, sediment formation and fouling. However, experimental evidence supporting these assertions is much less readily available. This paper evaluates three selective ion electrode systems for measuring ionic calcium directly in milk as well as looking at the effects on pH reduction and addition of calcium chloride. The best electrode system was the Ciba Corning 634 system, which was designed for blood but has been modified for milk. This was found to be reproducible and stable when calibrated daily and allowed direct measurements to be taken on milk in 70 s. This has been found to perform well now for 3 years. The other systems were not so useful, as they took longer to stabilize, but may be useful for higher ionic calcium concentrations, which are found in acidified milk products. Reducing the pH increased ionic calcium and reduced ethanol stability. Calcium chloride addition reduced pH, increased ionic calcium and reduced the ethanol stability. Readjusting the pH to its value before calcium addition reduced the ionic calcium, but not back to its original value. Milks from individual cows showed wide variations in their ionic calcium concentrations. This establishes the methodology for a more detailed investigation on measurement of ionic calcium in milks from individual cows and from bulk milks, to allow a better understanding of its role in casein micelle stability.

Calcium removal from milk by ion exchange

Calcium removal, using Duolite C433 ion exchange resin, was faster from permeate than from milk. Almost all calcium could be removed, suggesting a fairly rapid conversion from both soluble calcium phosphate and from micellar calcium to ionic calcium. Calcium reduction from milk is accompanied by an increase in pH, a reduction in ionic calcium, an increase in ethanol stability and an increase in the rennet coagulation time. There is a gradual increase in the average casein micelle size with calcium removal, up to a point where the micelle size increases dramatically. Zeta potential becomes more negative with calcium removal. At higher levels of calcium removal, the changes are not reversible, on reducing pH to its original value. For goat's milk, over the range 0-20% total calcium removal, relatively small reductions in total calcium gave rise to proportionally larger reductions in ionic calcium in a ratio of about 1:3.2.

Factors affecting lactoperoxidase activity

The extent to which lactoperoxidase (LP) activity was affected while varying the concentration of various compounds normally present in the reaction medium was investigated. LP activity increased with increasing concentrations of 2,2'-azino-bis-3-ethylbenz-thiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) but decreased with increasing thiocyanate concentrations. Maximum activity was at 0.1 mm for peroxide. Activity increased in the presence of lactose, whey protein concentrate, sodium, magnesium and calcium chlorides, but decreased in the presence of casein. Activity was similar in either acetate or phosphate buffers but higher in either citrate or succinate buffers. These compounds influence LP activity and should be considered when optimum activity conditions are being established.

A novel technique for differentiation of proteins in the development of acid gel structure from control and heat treated milk using confocal scanning laser microscopy

The incorporation of caseins and whey proteins into acid gels produced from unheated and heat treated skimmed milk was studied by confocal scanning laser microscopy (CSLM) using fluorescent labelled proteins. Bovine casein micelles were labelled using Alexa Fluor 594, while whey proteins were labelled using Alexa Fluor 488. Samples of the labelled protein solutions were introduced into aliquots of pasteurised skim milk, and skim milk heated to 90 degrees C for 2 min and 95 degrees C for 8 min. The milk was acidified at 40 degrees C to a final pH of 4.4 using 20 g gluconodelta-lactone/l (GDL). The formation of gels was observed with CSLM at two wavelengths (488 nm and 594 nm), and also by visual and rheological methods. In the control milk, as pH decreased distinct casein aggregates appeared, and as further pH reduction occurred, the whey proteins could be seen to coat the casein aggregates. With the heated milks, the gel structure was formed of continuous strands consisting of both casein and whey protein. The formation of the gel network was correlated with an increase in the elastic modulus for all three treatments, in relation to the severity of heat treatment. This model system allows the separate observation of the caseins and whey proteins, and the study of the interactions between the two protein fractions during the formation of the acid gel structure, on a real-time basis. The system could therefore be a valuable tool in the study of structure formation in yoghurt and other dairy protein systems.

Protease, peptidase and esterase activities by lactobacilli and yeast isolates from Feta cheese brine

Aims: The study of peptidase, esterase and caseinolytic activity of Lactobacillus paracasei subsp. paracasei, Debaryomyces hansenii and Sacchromyces cerevisiae isolates from Feta cheese brine. Methods and Results: Cell-free extracts from four strains of Lact. paracasei subsp. paracasei, four strains of D. hansenii and three strains of S. cerevisiae, isolated from Feta cheese brine were tested for their proteolytic and esterase enzyme activities. Lactobacillus paracasei subsp. paracasei strains had intracellular aminopeptidase, dipeptidyl aminopeptidase, dipeptidase, endopeptidase and carboxypeptidase activities. Esterases were detected in three of four strains of lactobacilli and their activities were smaller with higher molecular weight fatty acids. The strains of yeasts did not exhibit endopeptidase as well as dipeptidase activities except on Pro-Leu. Their intracellular proteolytic activity was higher than that of lactobacilli. Esterases from yeasts preferentially degraded short chain fatty acids. Lactobacilli degraded preferentially beta-casein. Caseinolytic activity of yeasts was higher than that of lactobacilli. Conclusions: The results suggest that Lact. paracasei subsp. paracasei and yeasts may contribute to the development of flavour in Feta cheese. Significance and impact of the Study: Selected strains could be used as adjunct starters to make high quality Feta cheese.