Sels d’imidazolium avec des anions catalytiques : vers le développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides actifs en milieu liquide ionique

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système.

Identification et regroupement de QTL influençant la pression artérielle en modules épistatiques et analyse de deux gènes candidats chez la souche Dahl Salt-Sensitive

L’hypertension essentielle étant un facteur majeur de morbidité, la compréhension de son l’étiologie est prépondérante. Ainsi, la découverte de nouvelles composantes ou mécanismes de régulation de la PA par l’identification de QTL et l’étude de leurs interactions s’avère une approche prometteuse. L’utilisation de souches congéniques de rats pour l’étude de l’hypertension est une stratégie payante puisqu’elle permet de masquer les effets de l’environnement, tout en gardant le caractère polygénique de la PA. Longtemps conçu comme un trait issu de l’accumulation des effets minimes des QTL, la PA est régulée par une architecture basée sur l’existence d’interactions épistatiques. L’analyse par paires de QTL individuels a permis d’établir une modularité dans l’organisation des QTL chez le rat Dahl Salt-sensitive en fonction de la présence ou de l’absence d’une interaction épistatique entre eux. Ainsi, deux modules épistatiques ont été établis; EM1 et EM2 où tous les QTL appartenant à EM1 sont épistatiques entre eux et agissent de façon additive avec les membres de EM2. Des hiérarchies dans la régulation peuvent alors être révélées si les QTL d’un même EM ont des effets opposés. L’identification de la nature moléculaire des candidats C18QTL4/Hdhd2 et C18QTL3/Tcof1, membres du EM1, et de l’interaction épistatique entre ces deux QTL, a permis, en plus, d’élucider une régulation séquentielle au sein du module. Hdhd2 pourrait agir en amont de Tcof1 et réguler ce dernier par une modification post-traductionnelle. Cette interaction est la première évidence expérimentale de la prédiction des relations entre QTL, phénomène établi par leur modularisation. Le dévoilement du fonctionnement de l’architecture génétique à la base du contrôle de la PA et la découverte des gènes responsables des QTL permettrait d’élargir les cibles thérapeutiques et donc de développer des traitements antihypertenseurs plus efficaces.

Thermodynamics of transfer of polar nonelectrolytes from water to aqueous salt solutions

The Setschenow parameter and thermodynamic parameters of transfer of a number of monosubstituted benzoic acids from water to different salt solutions have been reported. The data have been rationalized by considering the structure breaking effects of the ions of the salts, the localised hydrolysis model, the internal pressure theory and Symons' theory of water structure.

Solubility of 4-Nitrobenzoic Acid in Water & Salt Solutions

Solubilities of 4-nitrobenzoic acid at 25°, 35° and 42°C have been determined in water and in the presence of several concentrations of electrolytes. The free energies, enthalpies and entropies of transfer are also reported. The data have been rationalized by considering the structure-breaking effects of the ions of the salts and the requirement of the localized hydrolysis model. The theory of Symons is not satisfactory to rationalise the experimental data.

Thermodynamic Parameters of Transfer of 2-Nitrobenzoic Acid & 3-Nitrobenzoic Acid from Water to Aqueous Salt Solutions

The Setschenow parameters of solubility in salt solutions and the thermodynamic parameters (25·C) of transfer from aqueous solution to aqueous salt solutions for 2-nitrobenzoic acid and 3-nitrobenzoic acid have been reported. The data have been rationalized on the basis of the localized hydrolysis model and the structure breaking action of ions of the electrolytes.

Thermodynamics of Transfer of Aminobenzoic Acids from Water to Aqueous Salt Solutions

The Setschenow parameter and thermodynamic parameters of transfer of 2- and 4-aminobenzoic acids from water to salt solutions have been reported. The results are discussed in terms of the structure- breaking effects of the ions of the salts, the localized hydrolysis model, and the internal pressure theory.

Paddy Field Cyanobacteria : Diversity and Pesticide Tolerance

School of Environmental Studies, Cochin University of Science and Technology

Studies on exopolysaccharide production by probiotic Lactic acid bacteria

The thesis mainly discussed the isolation and identification of a probiotic Lactobacillus plantarum, fermentative production of exopolysaccharide by the strain, its purification, structural characterisation and possible applications in food industry and therapeutics. The studies on the probiotic characterization explored the tolerance of the isolated LAB cultures to acid, bile, phenol, salt and mucin binding. These are some of the key factors that could satisfy the criteria for probiotic strains . The important factors required for a high EPS production in submerged fermentation was investigated with a collection of statistical and mathematical approach. Chapter 5 of the thesis explains the structural elucidation of EPS employing spectroscopic and chromatographic techniques. The studies helped in the exploration of the hetero-polysaccharide sequence from L. plantarum MTCC 9510. The thesis also explored the bioactivities of EPS from L. plantarum. As majority of chemical compounds identified as anti-cancerous are toxic to normal cells, the discovery and identification of new safe drugs has become an important goal of research in the biomedical sciences. The thesis has explored the anti-oxidant, anti-tumour and immunomodulating properties of EPS purified from Lactobacillus plantarum. The presence of (1, 3) linkages and its molecular weight presented the EPS with anti-oxidant, anti-tumour and immunomodulating properties under in vitro conditions.

Increased prevalence of indicator and pathogenic bacteria in Vembanadu Lake: a function of salt water regulator, along south west coast of India

Prevalence of faecal indicator bacteria, Escherichia coli and pathogenic bacteria, Vibrio cholerae, Vibrio parahaemolyticus and Salmonella were analysed in Vembanadu lake (98350N 768250E), along south west coast of India for a period of one year from ten stations on the southern and northern sides of a salt water regulator constructed in Vembanadu Lake in order to prevent incursion of seawater during certain periods of the year. While the northern side of the lake has a connection to the sea, the southern side is enclosed when the salt water regulator is closed. The results revealed the water body is polluted with high faecal coliform bacteria with mean MPN value ranging from 1718-7706/100 ml. E. coli, V. cholerae, V. parahaemolyticus and Salmonella serotypes such as S. paratyphi A, B, C and S. newport were isolated and this is the first report on the isolation of these Salmonella serovars from this lake. E. coli showed highest percentage of incidence (85.6–86.7%) followed by Salmonella (42–57%), V. choleare (40–45%) and V. parahaemolyticus (31.5–32%). The increased prevalence of indicator and pathogenic bacteria in the enclosed southern part of Vembanadu Lake may be resulting from the altered flow patterns due to the salt water regulator.

Influence of a Salt Water Regulator on the Survival Response of Salmonella Paratyphi in Vembanadu Lake: India

Contamination of environmental water by pathogenic microorganisms and subsequent infections originated from such sources during different contact and non- contact recreational activities are a major public health problem worldwide particularly in developing countries. The main pathogen frequently associated with enteric infection in developing countries are Salmonella enterica serovar typhi and paratyphi. Although the natural habitat of Salmonella is the gastrointestinal tract of animals, it find its way into natural water through faecal contamination and are frequently identified from various aquatic environments (Baudart et al., 2000; Dionisio et al., 2000; Martinez -Urtaza et al., 2004., Abhirosh et al., 2008). Typhoid fever caused by S. enterica serotype typhi and paratyphi are a common infectious disease occurring in all the parts of the world with its highest endemicity in certain parts of Asia, Africa, Latin America and in the Indian subcontinent with an estimated incidence of 33 million cases each year with significant morbidity and mortality (Threlfall, 2002). In most cases the disease is transmitted by polluted water (Girard et al., 2006) because of the poor hygienic conditions, inadequate clean water supplies and sewage treatment facilities. However in developed countries the disease is mainly associated with food (Bell et al., 2002) especially shellfish (Heinitz et al., 2000

Gut Associated Lactic Acid Bacteria Isolated from the Estuarine Fish Mugil cephalus: Molecular Diversity and Antibacterial Activities against Pathogens

In the present study we address the issue on gut associated lactic acid bacteria (LAB) isolated from the intestine of estuarine fish Mugil cephalus using de Man Rogossa and Sharpe (MRS) agar. LAB isolates were identified biochemically and screened for their ability to inhibit in vitro growth of various fish, shrimp and human pathogens. Most of the LAB isolates displayed an improved antagonism against fish pathogens compared to shrimp and human pathogens. Selected representative strains displaying high antibacterial activity were identified using 16S rRNA gene sequence analysis. Of the selected strains Lactobacillus brevis was the most predominant. Four other species of Lactobacillus, Enterobacter hormaechei and Enterobacter ludwigii were also identified. It was also observed that even among same species, considerable diversity with respect to substrate utilization persisted. Considering the euryhaline nature of grey mullet (Mugil cephalus), the LAB isolated from the gut possessed good tolerance to varying salt concentrations. This finding merits further investigation to evaluate whether the isolated LAB could be used as probiotics in various fresh and sea water aquaculture

Heavy metal tolerance patterns of total heterotrophic bacteria isolated from the soils of Mahatma Gandhi University campus, Kottayam, Kerala

Industrialization of our society has led to an increased production and discharge of both xenobiotic and natural chemical substances. Many of these chemicals will end up in the soil. Pollution of soils with heavy metals is becoming one of the most severe ecological and human health hazards. Elevated levels of heavy metals decrease soil microbial activity and bacteria need to develop different mechanisms to confer resistances to these heavy metals. Bacteria develop heavy-metal resistance mostly for their survivals, especially a significant portion of the resistant phenomena was found in the environmental strains. Therefore, in the present work, we check the multiple metal tolerance patterns of bacterial strains isolated from the soils of MG University campus, Kottayam. A total of 46 bacterial strains were isolated from different locations of the campus and tested for their resistant to 5 common metals in use (lead, zinc, copper, cadmium and nickel) by agar dilution method. The results of the present work revealed that there was a spatial variation of bacterial metal resistance in the soils of MG University campus, this may be due to the difference in metal contamination in different sampling location. All of the isolates showed resistance to one or more heavy metals selected. Tolerance to lead was relatively high followed by zinc, nickel, copper and cadmium. About 33% of the isolates showed very high tolerance (>4000μg/ml) to lead. Tolerance to cadmium (65%) was rather low (<100 μg/ml). Resistance to zinc was in between 100μg/ml - 1000μg/ml and the majority of them shows resistance in between 200μg/ml - 500μg/ml. Nickel resistance was in between 100μg/ml - 1000μg/ml and a good number of them shows resistance in between 300μg/ml - 400μg/ml. Resistance to copper was in between <100μg/ml - 500μg/ml and most of them showed resistance in between 300μg/ml - 400μg/ml. From the results of this study, it was concluded that heavy metal-resistant bacteria are widely distributed in the soils of MG university campus and the tolerance of heavy metals varied among bacteria and between locations