Campylobacter est l’agent pathogène zoonotique responsable de la majorité des gastro-entérites d’origine bactérienne chez l’homme. Les produits de volaille représentent la principale source d’infection; toutefois, l’exposition peut également découler de contacts directs avec les animaux ou avec l’eau. Une forte variation saisonnière est présente dans les cas rapportés, qui n’est toujours pas élucidée : les eaux environnementales, sources d’infection connues, sont soupçonnées. Cette étude transversale a été réalisée dans la région Sud-Est du Québec (Canada) où Campylobacter fut quantifié et génotypé à partir de différentes sources d’eau (eaux de captage, récréatives et usées) et de cas cliniques afin d’évaluer les risques potentiels posé par l’eau environnementale. Différents essais PCR en temps réel furent appliqués à l’eau environnementale et comparés: 2 ont été sélectionnés pour leur spécificité et sensibilité de quantification. Les courbes standards ont été calibrées en utilisant la PCR digitale pour déterminer précisément les concentrations. Les isolats environnementaux et cliniques furent comparés génétiquement en utilisant le CGF (« comparative genomic fingerprinting »). Les eaux usées étaient plus contaminées que les eaux de captage et récréatives (3.9Log, 1.7Log et 1.0Log cellules/L en moyenne, respectivement). Six pour cent des isolats d’eaux environnementales étaient génétiquement similaires (100 % homologie) aux isolats cliniques. Les cas cliniques de campylobactériose d’été montraient des isolats avec davantage de similarités génétiques avec les isolats retrouvés dans l’eau environnementale comparativement aux autres saisons (p<0.01). Les faibles concentrations et similarités génétiques entre les isolats d’eau et cliniques suggèrent un risque de transmission possible, mais faible. / Campylobacter is a zoonotic pathogen that is responsible for the majority of cases of bacterial gastroenteritis. Among the numerous Campylobacter transmission routes including direct contact, food and water, poultry consumption has been recognized as the major route. A strong seasonal variation in campylobacteriosis cases exists for reasons that are not well understood; environmental water is suspected to be involved. This cross-sectional study was conducted in the Southeastern region of Quebec (Canada), wherein Campylobacter from different waters (drinking water source, recreational and sewage) and clinical sources was quantified and genotyped in order to evaluate the potential risks posed by environmental water. Several real-time PCR assays were compared for specific application to environmental water: two were selected for their specificity and sensitivity of quantification. Standard curves were calibrated using digital PCR to accurately determine concentrations. Campylobacter isolates from clinical and water sources were genetically compared using CGF (comparative genomic fingerprinting). Sewage waters showed the highest Campylobacter concentrations, while drinking water source and recreational waters showed the lowest (average of 3.9Log, 1.7Log and 1.0Log cells/L, respectively). CGF revealed that 6% of water isolates were genetically similar (100% homology) to clinical isolates. Summer cases of campylobacteriosis revealed isolates showing more genetic similarities with environmental water isolates compared to other seasons (p<0.01). The low Campylobacter concentrations and genetic similarities between water and clinical isolates from the same region, suggests that these environmental waters pose a real, but low risk of transmission.

Les espèces bactériennes exhibent plusieurs états de structure de populations pouvant varier de clonale à panmictique selon l'importance des transferts horizontaux et la nature de leur écosystème. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressé à trois espèces bactériennes, Staphylococcus aureus, Legionella pneumophila et Pseudomonas aeruginosa qui reflètent trois situations différentes. Afin de pouvoir décrire de façon rapide de grandes collections de souches, j'ai utilisé comme marqueurs de diversité le polymorphisme de séquences répétées en tandem appelées VNTRs, pour Variable Number Tandem Repeat. La méthode MLVA, ou Multiple Loci VNTR Analysis, est une méthode de typage moléculaire qui s’appuie sur l’étude concomitante du polymorphisme de plusieurs loci VNTRs. Dans un premier temps, j'ai conçu des protocoles de typage automatisés pour les trois espèces considérées, puis j'ai appliqué ces outils pour traiter de questions d'épidémiologie. S. aureus, espèce à structure clonale, est un pathogène majeur responsable notamment de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC). Les travaux réalisés ont permis de démontrer la spécificité d’hôte de certains complexes clonaux et l’origine humaine des cas de TIAC. L. pneumophila est un pathogène de l’environnement dont la structure de population est atypique : présumée panmictique dans la nature, la bactérie semble connaitre une évolution clonale lorsque son écosystème est restreint, dans un milieu anthropique par exemple. L’étude épidémiologique menée sur la population de L. pneumophila dans la ville de Rennes a mis en évidence la présence d’un écotype, non impliqué dans les cas cliniques épidémiques, particulièrement adapté aux réseaux d’eau. P. aeruginosa, modèle de bactérie panmictique, colonise les bronches de patients atteints de mucoviscidose. Le suivi longitudinal de patients indique que les souches installées sont persistantes et quasi-exclusive de la niche qu’elles occupent. L’exploration de cette diversité du monde bactérien est un préalable à l’investigation épidémiologique des maladies infectieuses. Avec un même outil moléculaire de première intention, cette thèse retrace l’épidémiologie et la structure de trois espèces bactériennes très différentes. L’adaptation à un nouvel environnement (hôte animal, niche écologique, organe) est l'occasion d'expansions clonales. / Bacterial species exhibit diversity in their population structure varying from clonal to panmictic according to the abundance of horizontal transfer and the nature of their ecosystem. During my PhD, I focused on three bacterial species, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Legionella pneumophila, which reflect three different situations. To perform the characterisation of large strain collections, I studied the polymorphism of molecular markers called VNTRs for Variable Number Tandem Repeat. MLVA (Multiple Loci VNTR Analysis) is a PCR based typing method that relies on the concomitant analysis of several VNTRs loci. Initially, I designed automated typing protocols for the three species, then I applied these tools to address issues of epidemiology. S. aureus, a clonal species, is a major cause of food poisoning. The present work confirmed the existence of host-specific clonal complexes and demonstrated the predominantly human origin of foodborne disease cases. L. pneumophila is an environmental pathogen whose population structure is atypical: it is presumed panmictic in the environment but the bacterium expands clonally when the ecosystem is restricted, in an anthropogenic habitat for instance. A long-term epidemiological monitoring of L. pneumophila populations in the city of Rennes highlighted the presence of an ecotype, not involved in epidemic cases, particularly adapted to hot water supply systems. P. aeruginosa, a well-described panmictic bacterium, colonizes CF patients’ airways. The longitudinal monitoring of patients provided evidence that the settled strains were persistent and exhibited strong exclusivity for the occupied niche. Exploring the bacterial world diversity is a prerequisite for epidemiological investigation of infectious diseases. Using a first-line molecular tool, these works trace the epidemiology and the population structure of three bacterial species. The adaptation to a new environment (animal host, ecological niche, organ) generally results in clonal expansions.

Les espèces bactériennes exhibent plusieurs états de structure de populations pouvant varier de clonale à panmictique selon l'importance des transferts horizontaux et la nature de leur écosystème. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressé à trois espèces bactériennes, Staphylococcus aureus, Legionella pneumophila et Pseudomonas aeruginosa qui reflètent trois situations différentes. Afin de pouvoir décrire de façon rapide de grandes collections de souches, j'ai utilisé comme marqueurs de diversité le polymorphisme de séquences répétées en tandem appelées VNTRs, pour Variable Number Tandem Repeat. La méthode MLVA, ou Multiple Loci VNTR Analysis, est une méthode de typage moléculaire qui s'appuie sur l'étude concomitante du polymorphisme de plusieurs loci VNTRs. Dans un premier temps, j'ai conçu des protocoles de typage automatisés pour les trois espèces considérées, puis j'ai appliqué ces outils pour traiter de questions d'épidémiologie. S. aureus, espèce à structure clonale, est un pathogène majeur responsable notamment de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC). Les travaux réalisés ont permis de démontrer la spécificité d'hôte de certains complexes clonaux et l'origine humaine des cas de TIAC. L. pneumophila est un pathogène de l'environnement dont la structure de population est atypique : présumée panmictique dans la nature, la bactérie semble connaitre une évolution clonale lorsque son écosystème est restreint, dans un milieu anthropique par exemple. L'étude épidémiologique menée sur la population de L. pneumophila dans la ville de Rennes a mis en évidence la présence d'un écotype, non impliqué dans les cas cliniques épidémiques, particulièrement adapté aux réseaux d'eau. P. aeruginosa, modèle de bactérie panmictique, colonise les bronches de patients atteints de mucoviscidose. Le suivi longitudinal de patients indique que les souches installées sont persistantes et quasi-exclusive de la niche qu'elles occupent. L'exploration de cette diversité du monde bactérien est un préalable à l'investigation épidémiologique des maladies infectieuses. Avec un même outil moléculaire de première intention, cette thèse retrace l'épidémiologie et la structure de trois espèces bactériennes très différentes. L'adaptation à un nouvel environnement (hôte animal, niche écologique, organe) est l'occasion d'expansions clonales.

La donnée de séquences nucléotidiques permet d'inférer des arbres phylogénétiques, ou phylogénies, qui décrivent leurs liens de parenté au cours de l'évolution. Associer à ces séquences leur date de prélèvement ou leur pays de collecte, permet d'inférer la localisation temporelle ou spatiale de leurs ancêtres communs. Ces données et procédures sont très utilisées pour les séquences de virus et, notamment, celles du virus de l'immunodéficience humaine (VIH), afin d'en retracer l'histoire épidémique à la surface du globe et au cours du temps. L'utilisation de séquences échantillonnées à des moments différents (ou hétérochrones) sert aussi à estimer leur taux de substitution, qui caractérise la vitesse à laquelle elles évoluent. Les méthodes les plus couramment utilisées pour ces différentes tâches sont précises, mais lourdes en temps de calcul car basées sur des modèles complexes, et ne peuvent traiter que quelques centaines de séquences. Devant le nombre croissant de séquences disponibles dans les bases de données, souvent plusieurs milliers pour une étude donnée, le développement de méthodes rapides et efficaces devient indispensable. Nous présentons une méthode de distances, Ultrametric Least Squares , basée sur le principe des moindres carrés, souvent utilisé en phylogénie, qui permet d'estimer le taux de substitution d'un ensemble de séquences hétérochrones, dont on déduit ensuite facilement les dates des spéciations ancestrales. Nous montrons que le critère à optimiser est parabolique par morceaux et proposons un algorithme efficace pour trouver l'optimum global. L'utilisation de séquences échantillonnées en des lieux différents permet aussi de retracer les chaînes de transmission d'une épidémie. Dans ce cadre, nous utilisons la totalité des séquences disponibles (~3500) du sous-type C du VIH-1, responsable de près de 50% des infections mondiales au VIH-1, pour estimer ses principaux flux migratoires à l'échelle mondiale, ainsi que son origine géographique. Des outils novateurs, basés sur le principe de parcimonie combiné avec différents critères statistiques, sont utilisés afin de synthétiser et interpréter l'information contenue dans une grande phylogénie représentant l'ensemble des séquences étudiées. Enfin, l'origine géographique et temporelle de ce variant (VIH-1 C) au Sénégal est précisément explorée lors d'une seconde étude, portant notamment sur les hommes ayant des rapports sexuels avec des hommes.

Streptococcus pyogenes (Streptocoque du Groupe A (SGA)) est un germe humain responsable d’un large éventail de pathologies invasives et non-invasives, mais aucun attribut génétique ne rend compte à lui seul de cette diversité. Notre objectif a été de rechercher des liens entre génotype, présence de gènes de virulence et caractère invasif des souches par une approche d’épidémiologie moléculaire. Une association entre génotypes et présence de certains gènes de virulence a été établie sur une collection de souches françaises de SGA responsables d’infections invasives chez des adultes. De même, la présence du locus sil, codant un système de quorum-sensing, est liée au génotype des souches, mais non à leur caractère invasif. Concernant la réponse immunitaire innée, contrairement aux souches emm1, emm4 et emm28, les souches invasives emm3 et emm89 sont plus phagocytées par les macrophages que leurs homologues non-invasives. Les souches emm89 sont plus phagocytées et survivent plus longtemps dans les macrophages que les souches des autres génotypes. Par ailleurs, les souches emm3 induisent l’apoptose des macrophages. Enfin, la cinétique de production des médiateurs pro et anti-inflammatoires est dépendante du génotype. La souche de colonisation d’un cas groupé, incluant aussi une souche invasive, présente une mutation originale dans covS (codant le senseur d’un système de régulation à deux composants). La protéine CovSY39H répond peu aux signaux de l’environnement, correspondant à une protéine CovS constitutive. Le phénotype de ce mutant, résultant de l’expression de certains gènes de virulence, est favorable à la colonisation. Sa survie dans les macrophages et sa virulence sont altérées. / Streptococcus pyogenes (Group A Streptococcus (GAS)) is a human pathogen responsible for a wide range of diseases including non-invasive and invasive infections. To date no specific GAS attribute has been associated with a type of infection although a link between genetic background and tissue tropism has been demonstrated. Our objective was to investigate the relationship between genotype, the presence of genes encoding virulence factors and invasive strains by molecular epidemiology approach. An association between genotypes and the presence of genes encoding virulence factors has been established among a collection of French strains responsible for invasive GAS infections in adults. Similarly, the presence of sil locus, encoding a quorum sensing system, is related to genotype, but not to the invasive status of the GAS strains. Regarding the innate immune response, unlike emm1, emm4 and emm28 strains, invasive emm3 and emm89 strains are more phagocytosed by macrophages than their non-invasive counterparts. The emm89 strains are phagocytosed and survive longer in macrophages than strains belonging to any other genotype. Moreover, emm3 strains induce macrophage apoptosis. Finally, the kinetics of production of pro- and anti-inflammatory mediators are genotype-dependent. A colonization strain belonging to a cluster that also includes an invasive strain, has a unique mutation in covS (encoding the sensor of a two-component system). The CovSY39H protein responds less to some environmental signals, corresponding to a constitutive CovS protein. The phenotype of the mutant, resulting in the expression of certain genes encoding virulence factors, favors a colonization state. Survival in macrophages and virulence are also altered.