Molecular identification of Nocardia species using the sodA gene Identificación molecular de especies de Nocardia utilizando el gen sodA.

Currently for bacterial identification and classification the rrs gene encoding 16S rRNA is used as a reference method for the analysis of strains of the genus Nocardia. However, it does not have enough polymorphism to differentiate them at the species level. This fact makes it necessary to search for molecular targets that can provide better identification. The sodA gene (encoding the enzyme superoxide dismutase) has had good results in identifying species of other Actinomycetes. In this study the sodA gene is proposed for the identification and differentiation at the species level of the genus Nocardia. We used 41 type species of various collections; a 386 bp fragment of the sodA gene was amplified and sequenced, and a phylogenetic analysis was performed comparing the genes rrs (1171 bp), hsp65 (401 bp), secA1 (494 bp), gyrB (1195 bp) and rpoB (401 bp). The sequences were aligned using the Clustal X program. Evolutionary trees according to the neighbour-joining method were created with the programs Phylo_win and MEGA 6. The specific variability of the sodA genus of the genus Nocardia was analysed. A high phylogenetic resolution, significant genetic variability, and specificity and reliability were observed for the differentiation of the isolates at the species level. The polymorphism observed in the sodA gene sequence contains variable regions that allow the discrimination of closely related Nocardia species. The clear specificity, despite its small size, proves to be of great advantage for use in taxonomic studies and clinical diagnosis of the genus Nocardia

Expression de protéines du rotavirus humain chez les plantes et leur utilisation pour une stimulation immunitaire chez la souris

Au niveau de la santé publique, l'impact meurtrier des infections au rotavirus humain (RVH) et les limites d'application des vaccins disponibles déterminent l'urgence et la nécessité de développer de nouvelles approches pour immuniser une grande partie de la population mondiale sans effets secondaires néfastes. Pour pallier à l'énorme demande en médicaments et en vaccins, plusieurs groupes de recherche tentent de développer de nouvelles méthodes de production à base de plantes transgéniques. La production de médicaments et vaccins chez les végétaux possèdent des avantages inhérents dont une absence de pathogènes humain, une inoculation facile, de faibles coûts de production à grande échelle et la production d'inocula bruts stockables. Le succès des systèmes d'expression à base de plantes justifie le développement de plants qui produisent beaucoup de biomasse et se transforment génétiquement de façon courante. Le travail présenté ici démontre le potentiel du système d'expression transitoire par agroinfiltration de Nicotiana benthamiana pour produire les antigènes VP7 et VP4∆ du RVH ainsi que l'adjuvant protéinique fljB de Salmonella typhimurium. Le clonage des séquences codantes des antigènes VP7, VP4∆ et fljB a permis de générer de multiples constructions simple, double et triple. Toutes les contructions ont été exprimées dans les feuilles agroinfiltrées à l'exception de VP4∆::VP7 qui n'a pas été détectée par immunobuvardage. Le rendement de protéines d'intérêt dans les extraits végétaux se situe entre 0,85 et 31,97 µg de protéine recombinante par gramme de feuilles fraîches. Plusieurs facteurs dont la toxicité et la stabilité des différentes constructions dans les plantes peuvent expliquer cet écart. Dans nos conditions expérimentales, toutes les constructions contenant le fragment fljB ont permis la production d'anticorps spécifiques à fljB dans les souris immunisées avec les extraits végétaux. Par contre, aucune construction n'as permis la production d'anticorps spécifiques à VP7 ou VP4. Ces résultats montrent que l'expression transitoire dans Nicotiana benthaminana permet de produire rapidement de multiples antigènes et que les protéines fortement immunogéniques dans les extraits végétaux induisent une réponse humorale chez les souris. Plusieurs applications de cette technologie sont envisageables dans la cadre du contrôle endémique du RVH ou de Salmonella typhimurium. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Rotavirus humain, VP7, VP4, Salmonella typhimurium, fljB, Expression transitoire, Vaccins à base de plantes, Nicotiana benthaminana

Identification and quantification of flavor compounds in smoked tuna fish based on GC-Orbitrap volatolomics approach

Cold smoking enhances the appeal of fish products, offering consumers a smooth texture and a delicate smoky flavor. This study aims to explore variations in the volatile profile from different exposure times during cold smoking processing (light, moderate, and full-cure) in tune samples. An innovative untargeted analytical approach, headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography and a hybrid quadrupole-orbitrap mass analyzer, was employed to identify 86 volatiles associated with the cold smoking process. Most of these compounds, including phenols, furan derivates, aldehydes, cyclic ketones, and different aromatic species, were found to contribute to the smoke odor. The development of a QuEChERS-based extraction and clean-up method facilitated the quantification of 25 relevant smoky markers across all smoking degrees, revealing significant concentration differences after 15 h of smoking. This research sheds light on the dynamics of cold smoking impact and its on the flavor profile and safety quality of processed fish products

Identification and quantification of flavor compounds in smoked tuna fish based on GC-Orbitrap volatolomics approach

Cold smoking enhances the appeal of fish products, offering consumers a smooth texture and a delicate smoky flavor. This study aims to explore variations in the volatile profile from different exposure times during cold smoking processing (light, moderate, and full-cure) in tune samples. An innovative untargeted analytical approach, headspace solid-phase microextraction combined with gas chromatography and a hybrid quadrupole-orbitrap mass analyzer, was employed to identify 86 volatiles associated with the cold smoking process. Most of these compounds, including phenols, furan derivates, aldehydes, cyclic ketones, and different aromatic species, were found to contribute to the smoke odor. The development of a QuEChERS-based extraction and clean-up method facilitated the quantification of 25 relevant smoky markers across all smoking degrees, revealing significant concentration differences after 15 h of smoking. This research sheds light on the dynamics of cold smoking impact and its on the flavor profile and safety quality of processed fish products.Funding for open access charge: CRUE-Universitat Jaume

LC-IMS-HRMS for identification of biomarkers in untargeted metabolomics: The effects of pterostilbene and resveratrol consumption in liver steatosis, animal model

Untargeted metabolomics with the combination of ion mobility separation coupled to high resolution mass spectrometry (IMS-HRMS) was applied to investigate the impact of resveratrol and pterostilbene supplementation on the metabolic fingerprint of the Wistar rats liver with induced liver steatosis. RP-LC and HILIC in both ionisation modes were employed to analyse the liver samples (n = 40) from Wistar rats fed with a high-fat and high-fructose diet, supplemented or not with resveratrol and pterostilbene. After univariate and multivariate statistical analysis, 34 metabolites were highlighted in the different diets and elucidated. Despite the structural similarity, different alterations in liver metabolism were observed by the supplementations. Resveratrol treatment was characterised by the alteration in metabolism of 17 lysophospholipids, while pterostilbene affected some vitamins and derivatives, among others. IMS has demonstrated great potential in the elucidation process thanks to the additional structural descriptor the CCS (Å2), providing more confidence in the identification

The regulation and induction of clathrin-mediated endocytosis through a protein aqueous-aqueous phase separation mechanism

La morphologie des cellules et leurs interactions avec l’environnement découlent de divers procédés mécaniques qui contribuent à la richesse et à la diversité de la vie qui nous entoure. À titre d’exemple, les cellules mammifères se conforment à différentes géométries en fonction de l’architecture de leur cytosquelette tandis que les bactéries et les levures adoptent une forme circulaire par turgescence. Je présente, dans cette thèse, la découverte d’un mécanisme de morphogénèse supplémentaire, soit la déformation de surface cellulaire via l’assemblage de protéines par démixtion de phases aqueuses non miscibles et l’adhésion entre les matériaux biologiques. J’expose de façon spécifique comment ce mécanisme régule le recrutement et le mouvement dynamique des protéines qui induisent l’invagination de la membrane plasmique lors de l’endocytose clathrine-dépendante (CME). Le phénomène de démixtion des protéines dans le cytoplasme est analogue à la séparation de phase de l’huile en solution aqueuse. Il constitue un mécanisme cellulaire important et conservé, où les protéines s’agglomèrent grâce aux interactions intermoléculaires qui supplantent la tendance du système à former un mélange homogène. Plusieurs exemples de compartiments cellulaires dépourvus de membrane se forment par démixtion de phase, tels que le nucléole et les granules de traitement de l’ARN [1-6]. Ces organes ou compartiments dénommés NMO, du terme anglais « non-membranous organelles », occupent des fonctions de stockage, de traitement et de modification chimique des molécules dans la cellule. J’explore ici les questions suivantes : est-ce que les NMO occupent d’autres fonctions à caractère morphologique ? Quels signaux cellulaires régulent la démixtion de phase des protéines dans la formation des NMO ? Fondée sur la physique mécanique du contact entre les matériaux, j’émets l’hypothèse que des compartiments cellulaires nanoscopiques, formés par démixtion de phase, génèrent des forces mécaniques par adhésion interfaciale. Le travail mécanique ainsi obtenu déforme le milieu cellulaire et les surfaces membranaires adjacents au NMO nouvellement créé. Le but de mon doctorat est de comprendre comment les cellules orchestrent, dans le temps et l’espace, la formation des NMO associés au CME et comment ceux-ci génèrent des forces mécaniques. Mes travaux se concentrent sur les mécanismes de démixtion de phase et d’adhésion de contact dans le processus d’endocytose chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Pour enquêter sur le rôle des modifications post-traductionnelles dans ces mécanismes, nous avons premièrement analysé la cinétique de phosphorylation des protéines en conditions de stress. Mes résultats démontrent que le recrutement et la fonction de certaines protéines impliquées dans le CME se régulent via des mécanismes de phosphorylation. Outre les processus de contrôle post-traductionnel, nous avons élucidé le rôle des domaines de faible complexité dans l’assemblage de plusieurs protéines associées avec le CME. De concert avec les modifications de phosphorylation, des domaines d’interaction protéine-protéine de type PrD (du terme « prion-like domains ») modulent directement le recrutement des protéines au sein des NMO associés au CME. La nature intrinsèquement désordonnée de ces PrD favorise un mécanisme d’assemblage des protéines par démixtion de phase tel que postulé. Finalement, mes travaux confirment que la formation de ces NMO spécifiques génère des forces mécaniques qui déforment la membrane plasmique et assurent le processus de CME. D’un point de vue fondamental, mes recherches permettent de mieux comprendre l’évolution d’une stratégie cellulaire pour assembler des compartiments cellulaires sans membrane et pour fixer les dimensions biologiques associées au CME. De manière plus appliquée, cette étude a le potentiel de générer des retombées importantes dans la compréhension et le traitement de maladies neurodégénératives souvent associées à une séparation de phase aberrante et à la formation d’agrégats protéiques liés à la pathologie.Evolution has resulted in distinct mechanical processes that determine the shapes of living cells and their interactions with each other and with the environment. These molecular mechanisms have contributed to the wide variety of life we observe today. For example, mammalian cells rely on a complex cytoskeleton to adapt specific shapes whereas bacteria, yeast and plants use a combination of turgor pressure and cell walls to have their characteristic bloated form. In this dissertation, I describe my discovery of an unforeseen additional mechanism of morphogenesis: protein aqueous-aqueous phase separation and adhesive contact between biomaterials as a simple and efficient ways for cells to organize internal matter and accomplish work to shape internal structures and surfaces. I specifically describe how a fundamental process of phospholipid membrane and membrane-embedded protein recycling, clathrin-mediated endocytosis (CME), is driven by this mechanism. Analogous to water and oil emulsions, proteins, and biopolymers in general, can phase separate from single to a binary aqueous phase. For proteins that de-mix from the bulk environment, the intermolecular interactions (or cohesive energy) that favors protein condensation only needs to overcome the low mixing entropy of the system and represents a conserved and energy efficient cellular strategy [2, 3, 7, 8]. So far, various examples of phase separated cellular compartments, termed non-membranous organelles (NMOs), have been discovered. These include the nucleoli, germ line P granules and P bodies, to name a few [1-6]. NMOs are involved in many conserved biological processes and can function as storage, bioreactor or signaling bodies. Cells use phase separation as a scheme to organize internal matter, but do NMOs occupy other complex functions, such as morphogenesis? What specific signals trigger protein phase separation? Based on mechanical contact theory, I proposed that hundreds of nanometer- to micron-scale phase separated bodies can deform the cellular environment, both cytoplasm and membranes, through interfacial adhesion. I studied how mechanical contact between a phase-separated protein fluid droplet and CME nucleation sites on membranes drive endocytosis in the model organism budding yeast, Saccharomyces cerevisiae. Specifically, this dissertation describes first, my investigations of post-translational modifications (phosphorylation) of several CME-mediating proteins and the implications of these modifications in regulating CME. I then describe how my efforts to understand what was distinct about the proteins that are phosphorylated led me to propose their phase separation into droplets capable of driving invagination and vesicle formation from plasma membrane. I used fluorescence microscopy, mass spectrometry and micro rheology techniques to respectively determine the spatiotemporal dynamics, phosphorylation modifications and material properties of coalesced CME-mediating proteins. I further investigated how phase separation of these proteins might generate mechanical force. I demonstrate that changes in the phosphorylation of some endocytic proteins regulates their recruitment to CME nucleation sites. We achieved reliable predictions of functional phosphosites by combining information on the conservation of the post-translational modifications with analysis of the proportion of a protein that is dynamically phosphorylated with time. The same dynamically phosphorylated proteins were enriched for low amino acid compositional complexity “prion-like domains”, which we demonstrated were essential to these proteins undergoing aqueous-aqueous phase separation on CME nucleation sites. I then demonstrate how phase separated droplet can produce mechanical work to invaginate membranes and drive CME to completion. In summary, I have discovered a fundamental molecular mechanism by which phase separated biopolymers and membranes could apply work to shape each other. This mechanism determines the natural selection of spatial scale and material properties of CME. Finally, I discuss broader implications of this dissertation to mechanistic understandings of the origins of neurodegenerative diseases, which likely involve pathological forms of protein phase separation and/or aggregation.La morphologie des cellules et leurs interactions avec l’environnement découlent de divers procédés mécaniques qui contribuent à la richesse et à la diversité de la vie qui nous entoure. À titre d’exemple, les cellules mammifères se conforment à différentes géométries en fonction de l’architecture de leur cytosquelette tandis que les bactéries et les levures adoptent une forme circulaire par turgescence. Je présente, dans cette thèse, la découverte d’un mécanisme de morphogénèse supplémentaire, soit la déformation de surface cellulaire via l’assemblage de protéines par démixtion de phases aqueuses non miscibles et l’adhésion entre les matériaux biologiques. J’expose de façon spécifique comment ce mécanisme régule le recrutement et le mouvement dynamique des protéines qui induisent l’invagination de la membrane plasmique lors de l’endocytose clathrine-dépendante (CME). Le phénomène de démixtion des protéines dans le cytoplasme est analogue à la séparation de phase de l’huile en solution aqueuse. Il constitue un mécanisme cellulaire important et conservé, où les protéines s’agglomèrent grâce aux interactions intermoléculaires qui supplantent la tendance du système à former un mélange homogène. Plusieurs exemples de compartiments cellulaires dépourvus de membrane se forment par démixtion de phase, tels que le nucléole et les granules de traitement de l’ARN [1-6]. Ces organes ou compartiments dénommés NMO, du terme anglais « non-membranous organelles », occupent des fonctions de stockage, de traitement et de modification chimique des molécules dans la cellule. J’explore ici les questions suivantes : est-ce que les NMO occupent d’autres fonctions à caractère morphologique ? Quels signaux cellulaires régulent la démixtion de phase des protéines dans la formation des NMO ? Fondée sur la physique mécanique du contact entre les matériaux, j’émets l’hypothèse que des compartiments cellulaires nanoscopiques, formés par démixtion de phase, génèrent des forces mécaniques par adhésion interfaciale. Le travail mécanique ainsi obtenu déforme le milieu cellulaire et les surfaces membranaires adjacents au NMO nouvellement créé. Le but de mon doctorat est de comprendre comment les cellules orchestrent, dans le temps et l’espace, la formation des NMO associés au CME et comment ceux-ci génèrent des forces mécaniques. Mes travaux se concentrent sur les mécanismes de démixtion de phase et d’adhésion de contact dans le processus d’endocytose chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Pour enquêter sur le rôle des modifications post-traductionnelles dans ces mécanismes, nous avons premièrement analysé la cinétique de phosphorylation des protéines en conditions de stress. Mes résultats démontrent que le recrutement et la fonction de certaines protéines impliquées dans le CME se régulent via des mécanismes de phosphorylation. Outre les processus de contrôle post-traductionnel, nous avons élucidé le rôle des domaines de faible complexité dans l’assemblage de plusieurs protéines associées avec le CME. De concert avec les modifications de phosphorylation, des domaines d’interaction protéine-protéine de type PrD (du terme « prion-like domains ») modulent directement le recrutement des protéines au sein des NMO associés au CME. La nature intrinsèquement désordonnée de ces PrD favorise un mécanisme d’assemblage des protéines par démixtion de phase tel que postulé. Finalement, mes travaux confirment que la formation de ces NMO spécifiques génère des forces mécaniques qui déforment la membrane plasmique et assurent le processus de CME. D’un point de vue fondamental, mes recherches permettent de mieux comprendre l’évolution d’une stratégie cellulaire pour assembler des compartiments cellulaires sans membrane et pour fixer les dimensions biologiques associées au CME. De manière plus appliquée, cette étude a le potentiel de générer des retombées importantes dans la compréhension et le traitement de maladies neurodégénératives souvent associées à une séparation de phase aberrante et à la formation d’agrégats protéiques liés à la pathologie.Evolution has resulted in distinct mechanical processes that determine the shapes of living cells and their interactions with each other and with the environment. These molecular mechanisms have contributed to the wide variety of life we observe today. For example, mammalian cells rely on a complex cytoskeleton to adapt specific shapes whereas bacteria, yeast and plants use a combination of turgor pressure and cell walls to have their characteristic bloated form. In this dissertation, I describe my discovery of an unforeseen additional mechanism of morphogenesis: protein aqueous-aqueous phase separation and adhesive contact between biomaterials as a simple and efficient ways for cells to organize internal matter and accomplish work to shape internal structures and surfaces. I specifically describe how a fundamental process of phospholipid membrane and membrane-embedded protein recycling, clathrin-mediated endocytosis (CME), is driven by this mechanism. Analogous to water and oil emulsions, proteins, and biopolymers in general, can phase separate from single to a binary aqueous phase. For proteins that de-mix from the bulk environment, the intermolecular interactions (or cohesive energy) that favors protein condensation only needs to overcome the low mixing entropy of the system and represents a conserved and energy efficient cellular strategy [2, 3, 7, 8]. So far, various examples of phase separated cellular compartments, termed non-membranous organelles (NMOs), have been discovered. These include the nucleoli, germ line P granules and P bodies, to name a few [1-6]. NMOs are involved in many conserved biological processes and can function as storage, bioreactor or signaling bodies. Cells use phase separation as a scheme to organize internal matter, but do NMOs occupy other complex functions, such as morphogenesis? What specific signals trigger protein phase separation? Based on mechanical contact theory, I proposed that hundreds of nanometer- to micron-scale phase separated bodies can deform the cellular environment, both cytoplasm and membranes, through interfacial adhesion. I studied how mechanical contact between a phase-separated protein fluid droplet and CME nucleation sites on membranes drive endocytosis in the model organism budding yeast, Saccharomyces cerevisiae. Specifically, this dissertation describes first, my investigations of post-translational modifications (phosphorylation) of several CME-mediating proteins and the implications of these modifications in regulating CME. I then describe how my efforts to understand what was distinct about the proteins that are phosphorylated led me to propose their phase separation into droplets capable of driving invagination and vesicle formation from plasma membrane. I used fluorescence microscopy, mass spectrometry and micro rheology techniques to respectively determine the spatiotemporal dynamics, phosphorylation modifications and material properties of coalesced CME-mediating proteins. I further investigated how phase separation of these proteins might generate mechanical force. I demonstrate that changes in the phosphorylation of some endocytic proteins regulates their recruitment to CME nucleation sites. We achieved reliable predictions of functional phosphosites by combining information on the conservation of the post-translational modifications with analysis of the proportion of a protein that is dynamically phosphorylated with time. The same dynamically phosphorylated proteins were enriched for low amino acid compositional complexity “prion-like domains”, which we demonstrated were essential to these proteins undergoing aqueous-aqueous phase separation on CME nucleation sites. I then demonstrate how phase separated droplet can produce mechanical work to invaginate membranes and drive CME to completion. In summary, I have discovered a fundamental molecular mechanism by which phase separated biopolymers and membranes could apply work to shape each other. This mechanism determines the natural selection of spatial scale and material properties of CME. Finally, I discuss broader implications of this dissertation to mechanistic understandings of the origins of neurodegenerative diseases, which likely involve pathological forms of protein phase separation and/or aggregation