NANOTECHNOLOGIE ET NANOCELLULOSE

NANOTECHNOLOGIE ET NANOCELLULOSE

SECTION 2

La section 2 traite des peptides antimicrobiens puisque ces derniers permettent de fonctionaliser un support de type papier cellulosique. Dans le cadre du projet présent de maitrise, une fonction antimicrobienne qui limite la croissance bactérienne ou inhibe la croissance bactérienne est recherchée. Une vue d’ensemble des peptides antimicrobiens est d’abord présentée, en s’appuyant de quatre peptides antimicrobiens spécifiques avec lesquels des expérimentations furent effectuées en s’appuyant sur les travaux non-publiés de Michel Lévesque en 2009. La nisine était le peptide antimicrobien de choix pour ce projet étant donné que cette dernière est utilisés comme peptides antimicrobien dans le développement des embalages spéciaux (Dortu et al., 2008).

Les peptides antimicrobiens

Les peptides antimicrobiens sont souvent comme les antibiotiques de l’ avenir.En effet, ce sont des peptides qui possèdent des séquences conservées de l’immunité innée (ARN messager), chez toutes les formes de vie, et qui ont un fort potentiel comme agent thérapeutique. Ils peuvent être antibactériens, antiparasitaires, antiviraux et antifongiques. Le corps humain produit des peptides antimicrobiens de façon localisée par différent type de cellules (cellules phagocytaires, épithélium, tractus) et dans les sécrétions. Chez les plantes, les peptides antimicrobiens sont produits au niveau des graines, des racines et des feuilles, chez les insectes, la production est systémique. Les recherches actuelles permettent la production de ces types de peptides par les technologies de biologie moléculaire. Le terme peptides antimicrobiens englobe également les bactériocines soit des peptides antimicrobiens produits par des bactéries pour se protéger (Hancock et Chapple, 1999). Les bactériocines sont constituées en général de 12 à 50 acides aminés. Il en existe trois types catégorisés selon leurs caractéristiques structurales et de leur composition en acides aminés, incluant leur charge qui peut être soit anionique, cationique ou neutre (Yeaman et Yount, 2003).
Les trois types de bactériocine sont les suivantes :
1) les peptides linéaires formant des hélices alpha;
2) les peptides riches en cystéine avec un ou plusieurs ponts disulfure;
3) les peptides contenant un pourcentage élevé d’un même acides aminés.
Le mode d’action des bactériocines contre les pathogènes est principalement lié à la déstabilisation des membranes ainsi qu’à la perturbation de la cellule par une action intracellulaire. Dans le premier cas , le mécanisme impliqué est la formation de pores membranaires générant ainsi la fuite du matériel cellulaire. Le second mécanisme quant à lui induit l’entrée du peptide antimicrobien à l’intérieur de la cellule, il agit alors comme inhibiteur de la synthèse d’ADN, d’ARN ou de protéines. Les peptides antimicrobiens ciblent les virus en s’attaquant aux lipoprotéines de l’enveloppe virale ou par adsorption sur le virus. Les peptides antimicrobiens de grandes tailles (> 1 00 acides aminés) ont souvent comme cible les molécules qui lient les nutriments essentiels des bactéries ou visent des macromolécules spécifiques à certaines bactéries (Andrès et Dimarcq, 2006).
Les peptides antimicrobiens sont des déterminants importants au niveau de la défense immune de l’être humain. Il en existe une large variété, et ils ont des capacités différentes au niveau de leur fonction antimicrobienne. Ils jouent le rôle d’antibiotiques endogènes en plus d’avoir des fonctions au delà de la réponse inflammatoire et de la réparation des tissus. Ils sont impliqués dans la régulation de l’immunité adaptative. En effet, à titre d’exemple, un déficit de l’expression de la psoriasine (un peptide antimicrobien) au niveau de la peau peut être expliqué par la susceptibilité aux infections à Staphylocoque aureus des patients atteint de psoriasis.
Sa surexpression n’est toutefois pas avantageuse. En effet, la surabondance de la psoriasine peut engendrer le psoriasis (Peck, Ong et al, 2002). Cela indique que les peptides antimicrobiens peuvent avoir. des effets secondaires indésirables sur la peau, même s’ils sont déjà endogènes chez l’être humain. Cela doit être pris en considération quant à l’utilisation potentielle de ces molécules sur la peau lors du développement de produits comme des pansements ou des semelles qui utilisent ce type de molécules en contact avec la peau (Drider et Rebuffat, 2012). Les sous-sections suivantes présentes certains peptides antimicrobiens d’intérêt pour le présent projet et qui sont suffisamment documentés dans la littérature.

Gramicidine D

La gramicidine est un groupe de peptides antibiotiques linéaires (sauf la gamicidine S qui est cyclique) qui est produit par plusieurs souches de Bacil/us brevis.
L’ensemble de ces peptides forme la gramicidine D. La gramicidine est déjà utilisée sur le marché en conjugaison avec d’autres molécules. Par exemple, la gamicidine D jumelée à la polymixine A et la néomycine constituent les ingrédients bioactifs du Polysporin, crème ou onguent antibactérien en vente libre au Canada. pour le traitement topique des infections cutanées ou ophtalmologiques (Medlineplus, 2013).
Ce type d’utilisation indique que la gramicidine pourrait avoir du potentiel dans le cadre des expérimentations du présent projet. La gramicidine est efficace envers un large spectre de microorganismes cocci GRAM+, GRAM- et champignons.
Cependant, elle est toxique pour les érythrocytes humains (Jakubke et Sewald, 2008). Son mode d’action s’explique par l’ accroissement de la perméabilité membranaire de la bactérie occasionnant la pénétration d’ions monovalents cationiques. À titre d’exemple, les protons peuvent déséquilibrer le gradient ionique entre le cytoplasme et l’environnement extérieur lorsque le peptide antirnicrobien forme un pore et provoque un flux d’ions aqueux. Ce pore sélectif et semi-perméable possède des sites qui lient des cations particuliers (Hladky et Haydon, 1972).

Lactoferricin

La lactoferricine est un peptide antirnicrobien à caractère amphyphile et fortement cationique. Elle provient du tractus gastro-intestinal. Cette dernière est une glycoprotéine qui lie les ions ferriques dans le lait chez les bovins. (Hwang Zhou, Shan et al.,1998). La lactoferricine a plusieurs fonctions immunologiques dont antimicrobienne, antivirale et antitumorale. La lactoferricine bovine (LfcinB) et lactoferrinine humaine (LfcinH) ne sont pas identiques et leurs différences majeures se situent au niveau de la grosseur du peptide et en sa séquence d’acides aminés (Jakubke et Sewald, 2008). La molécule le LfcinB est dépourvue des résidus d’histidines et de tyrosines ce qui le confère plus la possibilité de lier le fer. La LfcinB est plus antirnicrobienne que la LfcinH. Elle est aussi plus abordable ce qui en fait un candidat de choix dans le présent projet. LfcinB est actif contre un large spectre de microorganismes GRAM- et également de bactéries GRAM + puisque le tractus gastro-intestinal contient majoritairement des bactéries GRAM+ opportunistes. La LfcinB a également des capacités antivirales (VIH-l) et antiparasitaires (Giardia larndia) Son mode d’action résulte de son pouvoir liant envers les lipopolysaccharides des membranes qui sont libérés. (Hladky et Haydon, 1972). Il s’agit d’une action qui est lente et qui détruit l’intégrité de la membrane, amenant la lyse de la cellule bactérienne. La lactoferricine est plus active dans un pH légèrement alcalin.
Pseudomonas jluorescens, Enteroococus faecalis, Bifidobacterium bifidum sont très résistants à ce peptide (Belamy, Takase et al., 1992).
Étant donné que la lactoferricine bovine est un dérivé de la lactoferrine qui est une protéine allergisante présente dans le petit-lait (Host, Hu, Gjesing et al., 1992), l’utilisation de ce peptide antimicrobien pourrait également provoquer également des allergies cutanés. Son utilisation sur un pansement bioactif pourrait donc comporter certains risques.

Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES T ABLEAUX
LISTE DES ÉQUATIONS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : CADRE THÉORIQUE
SECTION 1 : NANOTECHNOLOGIE ET NANOCELLULOSE
1.1 Les Nanotechnologies
1.2 La nanotechnologie et la santé humaine
] .3 Biocompatibilité de la nanocellulose
1.4 Les papiers bioactifs
1.5.1 La nanocellulose oxydée (NCO)
1.6 Possibilité d’association
SECTION 2 
2.1 Les peptides antimicrobiens
2.1.1 Grarnicidine D
2.1.2 Lactoferricin
2.1.3 Magainine
2.1.4 Nisine
2.2 Peptides antimicrobiens et la résistance
SECTION 3
3.1 Flore commensale humaine
3.2 Staphylococcus sp
3.3 Diphtéroïdes
3.3.1 Corynebacterium minutissimum
3.4 Autres bactéries
SECTION 4
4.1 Les plaies
4.2 Propriétés recherchées
4.3 Les pansements
4.3.1 Les hydrocolloïdes
4.3.2 Les hydrocellulaires
4.3.3 Les hydrogels
4.3 .4 Les alginates et chitosan
4.3.5 Les interfaces et les films
4.3.6 Les pansements au charbon
4.3.7 Pansements à l’argent
4.4 La nanocellulose : un bon candidat?
SECTION 5
5.1 Spectroscopie de photoélectron X (XPS)
5.2 Acide bicinchoninique
5.3 Le Luminotox™
5.3.1 Réactifs (SAPS)
CHAPITRE II 
BUTS, HYPOTHÈSES ET OBJECTIFS
CHAPITRE III
MATÉRIEL ET MÉTHODE
3.1 Préparation des échantillons pour les expérimentations
3.1.1 Support cellulosique: solution et films de nanocellulose oxydée
3.1.2 Préparation des échantillons de carton fourni par Cascades inc
3.1.3 Préparation échantillon pour la spectroscopie
3.1.4 Préparation échantillon pour le Luminotox
3.1.5 Milieux de culture
3.2 Sélections de l’ efficacité des peptides antimicrobiens
3.3 Évaluation de l’utilisation de la NCO et de la cellulose comme source de carbone pour les microorganismes auxanogramme du carbone
3.4 Utilisation de la nanocellulose comme source de nutriment pour les microorganismes par milieu de culture à la nanocellulose
3.5 Méthode de fonctionnalisation
3.5.1 Couplage du peptide antimicrobien sur film de NCO
3.5.2 Test de couplage entre la NCO aqueuse et nisine
3.6 Quantification de la fonctionnalisation
3.6.1 Spectroscopie à photoélectron X
3.6.2 Détection des protéines avec la trousse à l’acide Bicinchininique
3.7 Impact de paramètres sur l’efficacité de la nisine
3.7.1 Impact de la température
3.7.2 Impact du pH
CHAPITRE III
RÉSUL T ATS ET ANAL YSES
4.1 Fabrication d’un film de nanocellulose oxydé
4.1.1 Sélection du matériau pour la fabrication des films
4.1.2 Sélection de la membrane filtrante
4.1.3 Impact de la filtration sur le film de NCO
4.2 Effet des ptides antimicrobiens sur la croissance des souches bactériennes
4.2.1 Application de la méthode Kirby-Bauer par diffusion sur disque
4.2.2 Application de la méthode Kirby-Bauer par dépôt direct
4.3.3 Application de la méthode par dillution en série pour la détermination de la CMI
4.3.4 Sélection du peptide antimicrobien
4.4 Évaluation de l’utilisation de la NCO et de la cellulose comme source de carbone pour les microorganismes par auxanogramme du carbone
4.5 Utilisation de la nanocellulose comme source de nutriment pour les microorganismes par milieu de culture à la nanocellulose
4.6 Couplage du peptide antimicrobien sur film de NCO et essais antimicrobiens
4.7 Test de couplage entre la NCO aqueuse et nisine
4.7.1 Effet du couplage NCO + nisine au XPS
4.8 Analyse des protéines solubles dans la NCO par la méthode à l’acide bicinchoninique
4.9 Luminotox
4.9.1 Évaluation du SAPS pour le LuminoTox
4.9.2 Ajustement des cellules du SAPS et échantillon de NCO
4.9.3 Mesure de l’efficacité photochimique avec Anabaenaflos aquae
4.1 0 Effet du carton mince de Cascade jumelé avec la ni sine
4.11 Évaluation de l’impact de la température sur la nisine avec le carton de Cascades
4.12 Évaluation de l’impact du pH sur la nisine avec le carton de Cascades
CONCLUSION
RÉFÉRENCES 
ANNEXE A
ANNEXE B
ANNEXE C
ANNEXE D
ANNEXE E

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