Molecular diversity, cultivation, and improved detection by fluorescent in situ hybridization of a dominant group of human gut bacteria related to Roseburia spp. or Eubacterium rectale

Peer reviewed

Molecular diversity, cultivation, and improved detection by fluorescent in situ hybridization of a dominant group of human gut bacteria related to Roseburia spp. or Eubacterium rectale

Peer reviewed

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Modulation du développement du cancer de l'intestin et du côlon par des nutriments des produits laitiers

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Design, Synthesis, and Biological Characterization of Largazole Analogues

Histone deacetylases (HDACs) have been shown to play key roles in tumorigenesis, and

have been validated as effective enzyme target for cancer treatment. Largazole, a marine natural

product isolated from the cyanobacterium Symploca, is an extremely potent HDAC inhibitor that

has been shown to possess high differential cytotoxicity towards cancer cells along with excellent

HDAC class-selectivity. However, improvements can be made in the isoform-selectivity and

pharmacokinetic properties of largazole.

In attempts to make these improvements and furnish a more efficient biochemical probe

as well as a potential therapeutic, several largazole analogues have been designed, synthesized,

and tested for their biological activity. Three different types of analogues were prepared. First,

different chemical functionalities were introduced at the C2 position to probe the class Iselectivity profile of largazole. Additionally, docking studies led to the design of a potential

HDAC8-selective analogue. Secondly, the thiol moiety in largazole was replaced with a wide

variety of othe zinc-binding group in order to probe the effect of Zn2+ affinity on HDAC

inhibition. Lastly, three disulfide analogues of largazole were prepared in order to utilize a

different prodrug strategy to modulate the pharmacokinetic properties of largazole.

Through these analogues it was shown that C2 position can be modified significantly

without a major loss in activity while also eliciting minimal changes in isoform-selectivity. While

the Zn2+-binding group plays a major role in HDAC inhibition, it was also shown that the thiol

can be replaced by other functionalities while still retaining inhibitory activity. Lastly, the use of

a disulfide prodrug strategy was shown to affect pharmacokinetic properties resulting in varying

functional responses in vitro and in vivo.

v

Largazole is already an impressive HDAC inhibitor that shows incredible promise.

However, in order to further develop this natural product into an anti-cancer therapeutic as well as

a chemical probe, improvements in the areas of pharmacokinetics as well as isoform-selectivity

are required. Through these studies we plan on building upon existing structure–activity

relationships to further our understanding of largazole’s mechanism of inhibition so that we may

improve these properties and ultimately develop largazole into an efficient HDAC inhibitor that

may be used as an anti-cancer therapeutic as well as a chemical probe for the studying of

biochemical systems.

Pro-inflammatory flagellin proteins of prevalent motile commensal bacteria are variably abundant in the intestinal microbiome of elderly humans

Some Eubacterium and Roseburia species are among the most prevalent motile bacteria present in the intestinal microbiota of healthy adults. These flagellate species contribute "cell motility" category genes to the intestinal microbiome and flagellin proteins to the intestinal proteome. We reviewed and revised the annotation of motility genes in the genomes of six Eubacterium and Roseburia species that occur in the human intestinal microbiota and examined their respective locus organization by comparative genomics. Motility gene order was generally conserved across these loci. Five of these species harbored multiple genes for predicted flagellins. Flagellin proteins were isolated from R. inulinivorans strain A2-194 and from E. rectale strains A1-86 and M104/1. The amino-termini sequences of the R. inulinivorans and E. rectale A1-86 proteins were almost identical. These protein preparations stimulated secretion of interleukin-8 (IL-8) from human intestinal epithelial cell lines, suggesting that these flagellins were pro-inflammatory. Flagellins from the other four species were predicted to be pro-inflammatory on the basis of alignment to the consensus sequence of pro-inflammatory flagellins from the beta- and gamma-proteobacteria. Many fliC genes were deduced to be under the control of sigma(28). The relative abundance of the target Eubacterium and Roseburia species varied across shotgun metagenomes from 27 elderly individuals. Genes involved in the flagellum biogenesis pathways of these species were variably abundant in these metagenomes, suggesting that the current depth of coverage used for metagenomic sequencing (3.13-4.79 Gb total sequence in our study) insufficiently captures the functional diversity of genomes present at low (<= 1%) relative abundance. E. rectale and R. inulinivorans thus appear to synthesize complex flagella composed of flagellin proteins that stimulate IL-8 production. A greater depth of sequencing, improved evenness of sequencing and improved metagenome assembly from short reads will be required to facilitate in silico analyses of complete complex biochemical pathways for low-abundance target species from shotgun metagenomes.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Augmentation de l’absorption intestinale à l’aide de promédicaments se liant aux gangliosides GM1

Le but de ce projet est de développer une approche biomimétique pour augmenter l'absorption de molécules actives peu perméables. Cette approche réplique le mécanisme d'internalisation de la toxine du choléra par sa liaison au récepteur GM1 à la surface des cellules intestinales. La technologie proposée est de synthétiser des promédicaments composés d'une molécule active, d'un espaceur et d'un peptide ayant de l'affinité pour le GM1. Les hypothèses de ce projet sont que le peptide faisant partie du promédicament augmentera l'absorption intestinale de médicaments peu perméables et que le complexe sera métabolisé rapidement après son absorption. Des prototypes de promédicaments ont été synthétisés et des essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité sur les peptides et les promédicaments ont été développés et réalisés. Les résultats de cette étude ont démontré la possibilité de synthétiser des promédicaments à partir d'un peptide liant le GM1 et d'une molécule thérapeutique ayant une faible biodisponibilité. Les essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité ont été optimisés et implémentés avec succès. Les études in vitro initiales ont rapporté des résultats prometteurs concernant les propriétés de liaison du peptide utilisé et d'un des promédicaments préparés. Par contre, les résultats des essais de stabilité ont montré un métabolisme partiel des promédicament dans le plasma ainsi qu'une instabilité des solutions mères. De plus, les essais de perméabilité se sont avérés non concluants. Les prochaines études porteront sur la préparation de nouveaux promédicaments par une approche similaire ainsi que sur l'investigation du mécanisme d'internalisation du peptide.

Modulation du développement du cancer de l'intestin et du côlon par des nutriments des produits laitiers

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Design and Synthesis of 4-N-Alkanoyl and 4-N-Alkyl Gemcitabine Analogues Suitable for Positron Emission Tomography

Gemcitabine is a highly potent chemotherapeutic nucleoside agent used in the treatment of several cancers and solid tumors. However, it is therapeutically limitated because of toxicity to normal cells and its rapid intracellular deamination by cytidine deaminase into the inactive uracil derivative. Modification at the 4-(N) position of gemcitabine's exocyclic amine to an -amide functionality is a well reported prodrug strategy which has been that confers a resistance to intracellular deamination while also altering pharmacokinetics of the parent drug. Coupling of gemcitabine to carboxylic acids with varying terminal moieties afforded the 4-N-alkanoylgemcitabines whereas reaction of 4-N-tosylgemcitabine with the corresponding alkyl amines gave the 4-N-alkylgemcitabines. The 4-N-alkanoyl and 4-N-alkyl gemcitabine analogues with a terminal hydroxyl group on the 4-N-alkanoyl or 4-N-alkyl chain were efficiently fluorinated either with diethylaminosulfur trifluoride or under conditions that are compatible with the synthetic protocols for 18F labeling, such as displacement of the corresponding mesylate with KF/Kryptofix 2.2.2. The 4-N-alkanoylgemcitabine analogues displayed potent cytostatic activities against murine and human tumor cell lines with 50% inhibitory concentration (IC50) values in the range of low nM, whereas cytotoxicity of the 4-N-alkylgemcitabine derivatives were in the low to modest µM range. The cytostatic activity of the 4-N-alkanoylgemcitabines was reduced by several orders of magnitude in the 2'-deoxycytidine kinase (dCK)-deficient CEM/dCK- cell line while the 4-N-alkylgemcitabines were only lowered by 2-5 times. None of the 4-N-modified gemcitabines were found to be substrates for cytosolic dCK, however all were found to inhibit DNA synthesis. As such, the 4-N-alkanoyl gemcitabine derivatives likely need to be converted to gemcitabine prior to achieving their significant cytostatic potential, whereas the 4-N-alkylgemcitabines reach their modest activity without "measurable" conversion to gemcitabine. Thus, the 4-N-alkylgemcitabines provide valuable insight on the metabolism of 4-N-modified gemcitabine prodrugs.

(Table 1) Organic acid analyses from Leg 135 interstitial waters

For the first time, short-chain organic acids are described in interstitial waters from sediments and lithified materials in a backarc setting. Organic acids in interstitial waters from the Tonga forearc region were also analyzed and compared with previous organic acid analyses from the Mariana and Bonin forearc interstitial waters. In the Tonga backarc setting, propionate typically dominates the organic acid assemblage, and organic acids are a consistent feature of these interstitial waters. The persistent presence of ammonia and the dominance of propionate over formate in the backarc interstitial waters suggest that the organic acids in this setting have their origin in reductive deamination of amino acids derived from sedimentary proteinaceous material. The organic acid assemblage revealed in the samples from Hole 841B in the Tonga forearc are similar to the organic acid assemblage detected in the Mariana forearc, that is, formate dominates the assemblage over acetate or propionate. These forearc organic acid assemblages may both have formed by a similar mechanism.

Effects of early nutrition on the wnt and bone morphogenic protein pathways in the developing intestine

Infant formula is consumed by the majority of infants in the United States for at least part of the first year of life. Infant formula lacks many of the bioactive compounds that are naturally occurring in breast milk. Because of this, there has been an increased interest by the companies that manufacture infant formula to include additives that would potentially allow formula to more closely mimic breast milk activity. One such ingredient currently being added to infant formula is prebiotics. Prebiotics are non-digestible food ingredients that beneficially affect the host by selectively stimulating the growth of specific healthful bacteria in the colon. It is speculated that prebiotics replicate the activity of breast milk oligosaccharides, which through the production of butyrate by intestinal microbiota, may interact with the Wnt/BMP pathways. The Wnt/BMP pathways regulate intestinal stem cells, which determine the growth, development and maintenance of the intestine. Therefore, the objective of this study was to explore the effects that the addition of prebiotics to formula have on the regulation of the Wnt/BMP pathways when fed to neonatal piglets, a model commonly used in the study of infant nutrition. Piglets (n=5) were randomized into sow-reared (SR), fed control formula (F), or fed formula with added prebiotics (F+P). Fructooligosaccharides (FOS) (2 g/L) and polydextrose (PDX) (2 g/L) were chosen as the prebiotics for this study, because this combination had been less studied than other combinations. Ileum and ascending colon were collected at 7 and 14 days-of-age. Dry matter content, pH, and short chain fatty acid (SCFA) content was measured. The mRNA expression of β-catenin, sFRP3, sFRP4, frizzled 6, DKK1 (Wnt pathway), gremlin (BMP pathway), TNF-a, HNF-4α and osteopontin (OPN) was measured by RT-qPCR. Piglets fed the F+P diet had greater acetate concentration and lower pH in the ileum at day 14 and in the colon at day 7 and day 14 than F piglets. Butyrate concentrations were highest in SR with F+P not differing from F in ileum at day 14 and colon at day 7 and day 14. Effects of age were seen in all genes, with the exception of OPN, sFRP-3 and sFRP-4. On day 7, no effect of diet was observed in the ileum, however, mRNA expression of DKK1 and frizzled 6 were greater in F+P than SR (p≤0.05). On day 14, gremlin expression was lower and OPN was greater in the ileum of SR piglets compared to F and F+P. Also on day 14, HNF-4α mRNA expression was greater in both ileum and colon of F+P piglets and sFRP3 mRNA expression was greater in the colon than F or SR . In summary, differences were observed between gene expression of F+P and SR piglet intestines, but the supplementation of 2 g/L scFOS and 2 g/L PDX to formula did not shift expression of genes in the Wnt/BMP pathways to be more similar to SR than F. As the Wnt/BMP pathway is known to exist in a gradient along the crypt-villus axis, with Wnt expression dominating in the crypt region and BMP expression dominating in the villi, it was possible that pooling whole tissue reduced our ability to detect treatment effects that would be concentrated in either region. A method was therefore developed to remove intestinal epithelial cells along the villus-to-crypt axis. Twenty-five-day-old F and SR piglets were euthanized and ileal tissue was collected and placed in a dissociation buffer in a shaking water bath. Exfoliated cells were removed at increasing time points from 5 to 100 minutes in order to remove cells along the villus-to-crypt axis. After the final incubation, remaining mucosal tissue was removed using a sterile glass microscope slide and pooled with the final exfoliated cell isolation. After each cell collection, a section of tissue was fixed in formalin for histomorphological examination. Expression of genes in the Wnt/BMP pathways, along with crypt marker genes (CDK5 and v-myb), were measured in both whole ileal tissue, pooled epithelial cells, and separate epithelial cell isolations from the same piglet. The expression of β-catenin, HNF-4α, TNF-α, TGF-β and the crypt marker v-myb matched the expected villus-to-crypt pattern in cells collected after 10 (incubation 1), 30 (incubation 2) and 60 (incubation 3) minutes. However, expression of expression in cells collected after 100 minutes (incubation 4) was variable, which may be due to the fact that crypt cells were not efficiently removed and the presence of unwanted non-epithelial tissue. Gremlin, OPN, DKK1, sFRP3 and sFRP4 expression was not statistically different along the villus-to-crypt axis. Frizzled 6 and CDK5 did not express as we had predicted, with expression highest towards the villi. In summary, the epithelial cell collection method used was not entirely successful. While much of the gene data suggests that cells were removed along the villus-to-crypt axis through the first three incubations, the last incubation, which involved scraping the tissue, removed non-epithelial components of the mucosa, while leaving the crypts intact. In conclusion, the addition of 2 g/L PDX and 2 g/L scFOS did not cause gene expression of the Wnt/BMP pathways to mirror either F or SR expression. New isolation methods to extract cells along the crypt-villus axis should be considered, including the use of a laser capture microdissection. While this combination of prebiotics did not yield the intended effects, future research should be done on other combinations, such as the inclusion of galactooligosaccharides (GOS), which is commonly added to food products including infant formula.

Crassaminicella profunda gen. nov., sp nov., an anaerobic marine bacterium isolated from deep-sea sediments

A novel, anaerobic, chemo-organotrophic bacterium, designated strain Ra1766HT, was isolated from sediments of the Guaymas basin (Gulf of California, Mexico) taken from a depth of 2002 m. Cells were thin, motile, Gram-stain-positive, flexible rods forming terminal endospores. Strain Ra1766H(T) grew at temperatures of 25-45 degrees C (optimum 30 degrees C), pH 6.7-8.1 (optimum 7.5) and in a salinity of 5-60 g l(-1) NaCl (optimum 30 g l(-1)). It was an obligate heterotrophic bacterium fermenting carbohydrates (glucose and mannose) and organic acids (pyruvate and succinate). Casamino acids and amino acids (glutamate, aspartate and glycine) were also fermented. The main end products from glucose fermentation were acetate, butyrate, ethanol, H-2 and CO2. Sulfate, sulfite, thiosulfate, elemental sulfur, fumarate, nitrate, nitrite and Fe(III) were not used as terminal electron acceptors. The predominant cellular fatty acids were C-14 : 0, C-16:1 omega 7, C-16:1 omega 7 DMA and C-16:0. The main polar lipids consisted of phosphatidylglycerol, diphosphatidylglycerol, phosphatidylethanolamine and phospholipids. The G +C content of the genomic DNA was 33.7 molo/o. Phylogenetic analysis of the 16S rRNA gene sequence indicated that strain Ra1766H(T) was affiliated to cluster XI of the order Clostridia les, phylum Firmicutes. The closest phylogenetic relative of Ra1766H(T) was Geosporobacter subterraneus (94.2% 16S rRNA gene sequence similarity). On the basis of phylogenetic inference and phenotypic properties, strain Ra1766H(T) (=DSM 27501(T)=JCM 19377(T)) is proposed to be the type strain of a novel species of a novel genus, named Crassaminicella pro funda.

Augmentation de l’absorption intestinale à l’aide de promédicaments se liant aux gangliosides GM1

Le but de ce projet est de développer une approche biomimétique pour augmenter l'absorption de molécules actives peu perméables. Cette approche réplique le mécanisme d'internalisation de la toxine du choléra par sa liaison au récepteur GM1 à la surface des cellules intestinales. La technologie proposée est de synthétiser des promédicaments composés d'une molécule active, d'un espaceur et d'un peptide ayant de l'affinité pour le GM1. Les hypothèses de ce projet sont que le peptide faisant partie du promédicament augmentera l'absorption intestinale de médicaments peu perméables et que le complexe sera métabolisé rapidement après son absorption. Des prototypes de promédicaments ont été synthétisés et des essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité sur les peptides et les promédicaments ont été développés et réalisés. Les résultats de cette étude ont démontré la possibilité de synthétiser des promédicaments à partir d'un peptide liant le GM1 et d'une molécule thérapeutique ayant une faible biodisponibilité. Les essais de stabilité, d'affinité et de perméabilité ont été optimisés et implémentés avec succès. Les études in vitro initiales ont rapporté des résultats prometteurs concernant les propriétés de liaison du peptide utilisé et d'un des promédicaments préparés. Par contre, les résultats des essais de stabilité ont montré un métabolisme partiel des promédicament dans le plasma ainsi qu'une instabilité des solutions mères. De plus, les essais de perméabilité se sont avérés non concluants. Les prochaines études porteront sur la préparation de nouveaux promédicaments par une approche similaire ainsi que sur l'investigation du mécanisme d'internalisation du peptide.

An investigation into the properties of non-digestible carbohydrates that selectively promote colonic propionate production

Short chain fatty acids (SCFA), including propionate, are produced by the bacterial fermentation of carbohydrates in the colon. Propionate has many potential roles in health, including inhibiting cholesterol synthesis, de novo lipogenesis and increasing satiety. The profile of SCFA produced is determined by both the substrate available and the bacteria present and may be influenced by environmental conditions within the lumen of the colon. Whilst it may be beneficial to increase colonic propionate production, dietary strategies to achieve this are unproven. Adding propionate to food leads to poorer organoleptic properties, and oral propionate is absorbed in the small intestine. The optimum way to selectively increase colonic propionate would be to select fermentable carbohydrates that selectively promote propionate production. To date, few studies have undertaken a systematic assessment of the factors leading to increased colonic propionate production making the selection of propiogenic carbohydrates challenging. The aim of this thesis was to identify the best carbohydrates for selectively increasing propionate production, and to explore the factors which control propionate production. This work started with a systematic review of the literature for evidence of candidate carbohydrates, which led to a screen of ‘propiogenic’ substrates using in vitro batch fermentations and mechanistic analysis of the impact of pH, bond linkage and orientation using a range of sugars, polysaccharides and fibre sources. A new unit for SCFA production was developed to allow comparison of results from in vitro studies encompassing a range different methodologies found in the literature. The systematic review found that rhamnose yielded the highest rate and proportion of propionate production whereas, for polysaccharides, β-glucan ranked highest for rate and guar gum ranked highest for molar production, but this was not replicated across all studies. Thus, no single NDC was established as highly propiogenic. Some substrates appeared more propiogenic than others and when these were screened in vitro. Laminarin, and other β-glucans ranked highest for propionate production. Legume fibre and mycoprotein fibre were also propiogenic. A full complement of glucose disaccharides were tested to examine the role glycosidic bond orientation and position on propionate production. Of the glucose disaccharides tested, β(1-4) bonding was associated with increased proportion of propionate and α(1-1) and β(1-4) increased the rate and proportion of butyrate production. In conclusion, it appears that for fibre to affect satiety, high intakes of fibre are needed, and which a major mechanism is thought to occur via propionate. Within this thesis it was identified that rather than selecting specific fibres, increasing overall intakes of highly fermentable carbohydrates is as effective at increasing propionate production. Selecting carbohydrates with beta-bonding, particularly laminarin and other β(1-4) fermentable carbohydrates leads to marginal increases in propionate production. Compared with targeted delivery of propionate to the colon, fermentable carbohydrates examined in this thesis have lesser and variable effects on propionate production. A more complete understanding of the impact of bond configurations in polysaccharides, rather than disaccharides, may help selection or design of dietary carbohydrates which selectively promote colonic propionate production substrates for inclusion in functional foods. Overall this study has concluded that few substrates are selectively propiogenic and the evidence suggests that similar changes in propionate production may be achieved by modest changes in dietary fibre intake